Device-Net总线在电铜剥离机组控制系统中的应用.pdf
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1、自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 350引言现场总线是过程控制、自动化仪表和网络技术不断发展的产物,它的成熟发展把自动化系统推向新的阶段1。现场总线是现场设备与控制系统之间的双向数字式、串行、多点通信的数据总线,是应用在底层的一种总线拓扑网络,其智能系统可实现自动化控制,且可随时检测设备的运行状态2,目前广泛应用于石油、化工和冶金等领域。国内某特大型铜冶炼厂 ISA 电铜剥离机组(以下简称“剥离机组”)采用 RockwellRSLogix5550PLC 控制系统,选用Device-Net 现场总线通信,具有
2、控制系统稳定性高、连线简单易维护、开放性强等优点,能有效降低剥离机组的故障率,提高设备的运行效率和作业率。1 Device-Net总线介绍1.1 概述Device-Net总线是一种基于CANBUS技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、简单、廉价且高效的网络互连现场总线,它改善了设备间的通信1。Device-Net 是Rockwell 创建的 CIP(CommonIndustrialProtocol)3层网络结构的最底层,即设备层。Device-Net 遵从 ISO/OSI参考模型,它的网络结构分为3层,即物理层、数据链路层和应用层。Device-Net 数据转换器包括收发器、连接器、误接线保
3、护(MWP)、调压器和可选的光电隔离器。Device-Net数据转换器配置图,如图1所示。1.2 主要技术特点Device-Net 总线是一种非常简单、高效的协议,制作成本也很低,广泛运用于较低层3,也是一种串行通信链接,可以减少昂贵的硬接线。Device-Net 是一种底层网络系统,其设备具有互换性和互操作性4,且同时提供了相当重要的设备级诊断功能,这是通过硬接线 I/O 接口很难实现的。Device-Net 总线的主要特点如下。(1)网络拓扑结构灵活,典型拓扑结构是干线-分支方式。(2)采用非破坏性逐位仲裁机制,实现按优先级发送信息。(3)网络上可容纳多达64个节点地址,每个节点支持的 I
4、/O 数量无限制。(4)可带电更换网络节点设备,在线修改网络配置。(5)支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送方式。1.3 Device-Net总线与传统PLC控制对比优势Device-Net 是一个规范和协议皆开放的网络标准,其网络解决方案具有高可靠性、实时性、灵活性及低成本的特点,与传统 PLC 的 I/O 控制对比,其主要优势如下。(1)生产成本优势。通过 Device-Net 将现场传感器、驱动器、智能设备等连接到控制系统中,减少了 I/O 接口摘要文章介绍 Device-Net 总线的特点及现场总线在 ISA 电铜剥离片机组控制系统中的应用。从硬件配置、软件组态和程序设计
5、等3个方面阐述以1756-DNB 模块为主站进行组态,实现 Device-Net 和 RSLogix5550 PLC 的通信,可有效提高设备的自动化程度及电气控制系统的稳定性。关键词Device-Net;1756-DNB;硬件配置;软件组态;RSLogix5550 PLC中图分类号TF811 文献标志码ADevice-Net总线在电铜剥离机组控制系统中的应用马书泰,虞胜兵(江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂,江西贵溪335424)屏蔽信号线电源线光电隔离器(可选)DeviceNet节点p/CAN连接器MWP收发器调压图1 Device-Net数据转换器配置图自动化技术与应用 Automation
6、Technology and Application36 今日制造与升级 2023.7和布线数量,能节约大量的材料和人工成本。(2)接线安装简便。总线线缆包括 DC24V 电源线和信号线两组双绞线及信号屏蔽线。在设备连接方式上,可灵活选用开放式和密封式连接器。(3)结构设计灵活。网络拓展机构灵活,网络结构有星型、树形、线型、分支线型,安装灵活,布线便捷。(4)维护修理便利。模块有短路保护,模块自诊断及光电隔离性能,采用快速接插件安装。设备故障时,模块信息能向维护人员提供准确的故障信息和代码,有效提高处理故障的效率。2 剥离机组电控系统硬件配置、软件组态及程序设计2.1 剥离机组简介该剥离机组是
7、铜湿法冶炼全自动化高性能的生产线,也是永久阴极大电积、电解工艺首选装备5。剥离机组设备布置如图2所示。该剥离机组可对电解铜进行二次洗涤、铜剥离、90翻转,使电铜从垂直转换为水平位置6-9,具有堆垛、称重、自动贴标签、自动打包和输出给叉车运走等功能10-11。图2 剥离机组设备布置图该剥离机组厂房布置分为上下两层,其中接受装置、洗涤室,横移链、剥离架、排板装置、电铜输送、取样压纹装置设在+3m 平台,洗涤水箱、打包装置、堆垛输出设在0m 平面。该剥离机组占用面积大,约长53m宽10m,产线长,属于产品加工流水线式联动设备,要求设备故障率低,产能450片/h,采用 PLC 编程控制,以实现设备的全
8、自动运行。电气控制及 PLC 点位要求,见表1。表1 电气控制及PLC点位要求序号名称功能PLC_I/O 点配置1动力柜剥离机组的电动机控制及电源分配DI:48,DO:322操作台监控和操作设备,手、自动DI:128,DO:1631#液压区域剥离区域液压阀台控制DO:3242#液压区域堆垛区域液压阀台控制DO:325取样区域取样区域信号采集及控制DI:32,DO:166打包区域打包区域信号采集及控制DI:32,DO:167现场信号接近、光电开关信号采集DI:120该剥离机组 I/O 点多,传统 PLC 控制系统因设备 I/O信号点多且布置分散,需要布置大量的控制线,设备故障点增多,使设备维护成
9、本增加,且故障查询不方便。控制方案采用 Rockwell 的 RSLogix5550PLC 基于 Device-Net总线分布式,能很好满足控制要求。PLC 配置情况,见表2。表2 PLC配置情况序号名称PLC_I/O 点配置站点及通信方式硬件配置1动力柜DI:48,DO:321794-AND,Device-Net 总线1794-IB163,1794-OB1622操作台DI:128,DO:16RSLogix5550 PLC 机架1756-IB324,1756-OB16131#液压控制箱DO:321794-AND,Device-Net 总线1794-OB8EP442#液压控制箱DO:321794
10、-AND,Device-Net 总线1794-OB8EP45取样控制箱DI:32,DO:161794-AND,Device-Net 总线1794-IB162,1794-OB8EP26打包控制箱DI:32,DO:161794-AND,Device-Net 总线1794-IB162,1794-OB8EP27ASI 总线DI:120ASI MASTER,Device-Net 总线现场配置 48 个ASI 从站2.2 剥离机组电控系统结构ISA 剥离机组控制系统以 RockwellRSLogix5550PLC的1756-DNB 设备网通信模块为 Device-Net 的网络主站。PLC 控制系统如图3
11、所示。触摸屏HMI动力柜PLC控制系统现场液压阀台现场液压阀台ASI总线控制器ASI AC1014取样区域打包区域Eather-Net1794-ADN1794-ADN1794-ADN1794-ADN1794-ADNDevice-NetDevice-NetDevice-NetDevice-NetPLC PUSPLC CPU1756-DNB1756-ENB图3 PLC控制系统系统通过1756-DNB 模块将现场的 FlexI/ODevice-net 适配器组态到 PLC 控制系统中,实现数据交换达到控制功能。2.3 剥离机组Device-Net的硬件配置剥离机组以1756-L55为主控制器,以 D
12、evice-Net 为网络主站。2.3.1 1756-L55主控制器1756-L55控制器适用于大规模的控制系统,扩展能力强,支持多种通信方式,信号处理速度快,可控制大量的I/O 点,具有极强的网络通信功能,如图4所示。1756-L55控制器的主要特点如下。自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 37(1)Logix 处理器的功能强大。(2)多组数据通过机架和背板连接。(3)支持 Control-Net、Device-Net 等标准工业现场总线。(4)支持开放的100b/sEther-Net 网络,控制系统和上位
13、机可以组成多服务器/多客户端模式的实时监控系统。(5)在Ether-Net/IP、Control-Net、Device-Net 各层网络中采用统一的 CIP 协议,保障了工业控制的实时性和确定性。图4 1756-L55控制器2.3.2 Device-Net主站1756-DNB 模块充当 Device-Net 设备与 RSLogix5550控制器之间的接口,1756-DNB 模块作为 Device-Net 网络的主站控制器,通过 Device-Net 总线与从站设备通信,实现以下功能。(1)从设备读入输入数据。(2)将输出数据写给设备。(3)下载组态数据。(4)监视失败运行状态。1756-DNB
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- Device Net 总线 剥离 机组 控制系统 中的 应用