河南中烟工业公司 新郑卷烟厂制丝车间 兑幸福
摘要:本文介绍了烟草行业干冰(CO2)烟丝膨胀线工艺原理，涉及到的安全等因素让我们在选择可靠的电控技术上慎之又慎。在详细了解Netlinx网络技术后，它的种种优点成为我们实现设备控制的第一选择。实施过程让我们感受到Netlinx网络带来的强大与方便，文章在最后还简要介绍了第三方软件和Netlinx网络便捷的通讯和设置。
关键词:干冰(CO2)烟丝膨胀 Netlinx网络架构 Rslogix5000编程软件 Rslogix500编程软件 Intouch RSView ME
1 引 言
干冰(CO2)烟丝膨胀系统是烟草行业制丝加工工艺中的一项重要的生产设备。它是将烟丝浸入高压、低温的液态CO2中一段时间，待CO2排出后在常压下形成干冰烟丝，随后与高温、高速的气流混合，烟丝中的CO2快速升华，使烟丝瞬间膨胀。有效地提高了烟丝的填充能力，同时萃取烟丝中的有害物质，降低了烟丝中的焦油含量，其工艺流程图如图1：
|
|
图1 工艺流程图
如图1所示，烟丝在浸渍器中被注入的液态CO2浸泡，为了减少浪费，使用后的CO2还要回收，此工艺称为冷端，包含浸渍系统和回收系统。
|
|
图2 热端工艺流程图
如图2所示，浸渍后的干冰烟丝在工艺管道中与加热后的工艺风混合膨胀，并经回潮筒加湿后达到要求的含水率，此工艺称为热端，包含膨胀系统和回潮系统。
图3 膨前贮丝流程图
如图3所示，为了供给可加工的烟丝，在浸渍工艺之前还设了烟丝贮存柜，此工艺称为膨前贮丝，包含进料系统和出料系统。
由于CO2的物理特性，在常温常压下即可凝结为干冰，所以在管道和贮罐中需要维持一定的压力，因此现场大量使用了高压容器，压力最高可达31.5Mbar，并且CO2是抑制呼吸气体剂，一旦发生泄漏，将危及人身安全。如何保障设备运行安全成为电气控制系统的首要问题，这涉及到电气元器件选型可靠和控制体系稳定等多方因素。
2 现场总线技术
2.1烟草行业对现场总线的需求
随着全球电控技术的飞速发展，基于PLC的集中式控制已经因投资大、线缆多、维修成本高等因素逐渐趋于淘汰，应运而生的是投资少，安装周期短、维修简便的现场总线系统。特别是烟草加工制造行业，流水线的生产性质决定了设备分布广，占地面积大等特点，而现场采集的信号和执行元器件有明显的向智能化，精细化控制方向发展。安全、灵活、可靠的现场总线系统决定了烟草行业电气控制的最终定型。
2.2 Netlinx网络技术概述
现场总线技术在全球各大PLC厂家得到了长足的发展，技术日趋成熟，美国Allen_Bradley (AB公司)的ROCKWELL Netlinx网络技术以其透明的协议、稳定的运行和简易上手等特点成为这一领域的巅峰产品之一。在NetLinx架构中，根据不同设备对网络的不同要求，可以直接采用的通讯网络有DeviceNet设备网、ControlNet控制网和EtherNet/IP工业以太网。在网络应用层中采用了统一的协议，即控制和信息协议CIP（Common Industrial Protocol），使得在NetLinx架构中的信息服务与物理介质无关，不仅实现了信息在网络间的无缝路由和集成，而且将现场总线的便捷组态和高速通讯发挥的淋漓尽致！
2.3 Ethernet/IP网络
由于烟草行业设备繁杂、距离长、并且有大量的数据采集和实时控制等特点，植入了CIP技术的Etherne/IP网络架构完全可以胜任，通过TCP/IP实现了通讯/信息交换，通过UDP/IP实现了加工控制中的I/O通讯服务。
2.4 Controlnet网络
分布在现场的I/O子站将制丝设备化整为零，减少了故障范围，提高了维修效率。贯穿始终的是Controlnet网络，它是一种开放、高效和确定性的网络，在控制器与现场监测设备、人机界面之间建立起了一个稳定、可靠的高速通信链路，能在网络中传输实时I/O数据、控制器之间的互锁数据以及重复性的非实时数据（如数据监控），并且在连接和断开设备时能够保持不受影响。
2.5 Devicenet网络
为了保障在制品烟丝的质量和设备的精细化控制，现场大量使用了变频器、软启动器等高性能设备，基于成熟的CAN（Controller Area Network）技术的DeviceNet网络实现了现场设备与控制系统的简单连接，赋予了这些设备新的理念和内涵，具有安装费用低，安装速度快、接线工作量明显减少的特点，同时提供改进的更全面的诊断功能能够有效地帮助减少停机时间，降低生产成本。DeviceNet作为NetLinx的一部分，其数据能够在整个NetLinx网络系统中进行无缝路由。
3 网络控制规划
针对新郑卷烟厂干冰(CO2)烟丝膨胀线的厂房特点（车间为上下五层，控制在一层和三层），决定采用光纤以太环网，连接PLC 和操作站等设备进行数据交换和操作控制，现场采用Controlnet网络架构，根据功能和设备I/O点数、安装位置设置子站箱，实现现场I/O的控制信号采集和执行，并通过C/D转换器将变频器、软启动器等连接在Devicenet网络上实现设备控制，其网络拓扑图如图4：
图4 网络拓扑图
4 项目实施
规划后的项目按计划进行实施，由于现场环境复杂，而网络布线是工程的关键，许多故障就是由于布线不合理产生的干扰而产生的，因此，我们采取了动力、信号、网络通讯电缆分离的原则，严格进行布线施工，杜绝了网络故障隐患。
4.1 规划Ethernet/IP网络
根据工艺段的划分和功能的独立性，我们采用了三台高端的Controllogix 1756_5563 可编程序控制器，如图5。为了降低网络故障造成的致命伤害，系统采用了光纤环网，即如果有一段网络断开网络仍能正常运行，并根据操作要求在一楼中控室和三楼下盖设置了三台基于Windows xp 的安装了Intouch9.5控制软件的工控机，并在四楼上盖、一楼压缩机房和焚烧炉旁安装了三台Planview1000触摸屏操作站，使操作工和维修人员随时随地通过人机界面了解现场生产情况，必要时，还可在现场操作设备，运行起来得心应手。设备IP地址设置如表1：
表1 设备IP地址设置表
图5 高端的Controllogix 1756_5563 可编程序控制器电柜
在PLC机架上插入了1756_ENBT/A以太网卡，需要通过Rockwell software 的BOOTP-DHCP Server软件来设置IP地址。如图6：
图6 IP地址的设置
4.2组态Controlnet网络
根据膨化线加工设备的I/O点数和功能，我们选用了基于PLC机架的1794_CNB Controlnet适配器，远程I/O选用了基于1794_FLEX I/O 的1794_ACN15适配器，通过同轴电缆采用干线/支线拓扑结构联结成网络，注意要在最后一个子站安装终端电阻。ROCKWELL（罗克韦尔）为我们提供了简单方便的地址设置方法，只需通过拨码就可以轻松实现，如图7：
图7 地址设置的拨码开关
组态Controlnet网络需要Rockwell software 提供的RSNetWorx for ControlNet软件来实现如图8：
图8 RSNetWorx for ControlNet软件
将配置好的网络配置下载入PLC中即可。
4.3 组态Devicenet网络
通过选用的1788_CN2DN适配器，我们将变频器和软启动器连接入Devicenet网络中，在适配器上既要配置Controlnet网络地址还要配置Devicenet网络地址，组态Devicenet网络需要Rockwell software 提供的RSNetWorx for Devicenet软件来实现，如图9：
图9 RSNetWorx for Devicenet软件
适配器的Devicenet网络地址需要通过软件来设置，如图10设置地址
图10 设置地址
由于Netlinx架构是基于开放式的通讯规约，支持多厂商的互操作性，因此我们根据我厂实际情况选用了丹佛斯的VLT5005（IP20）系列变频器，需要安装EDS文件来支持，图11为安装EDS文件截图：
图11 安装EDS文件截图
图12 配置设备I/O地址
通过RSNetWorx for Devicenet软件还可以看到包括AB产品和第三方产品的每一台设备参数设置，并可以在线修改，网络参数透明在这里得到了终极体现，如图13为变频器的设置参数：
图13 变频器的设置参数
4.4.1 让工程师发挥无限想象的Rslogix5000
硬件和网络配置都下载完成之后就是编辑程序了， Rockwell software提供的Rslogix5000编程软件还拥有强大的离线编程能力，可以脱离I/O就可以把设想的程序先行完成，然后在现场将实际输入、输出对应起来就可以了。完备的数据处理，友好的编程界面，可以让程序工程师充分满足设备工作要求，保障在制品烟丝的质量的控制要求，而且Rslogix5000还提供了梯形图、功能图、顺序功能图、结构文本等多种编程方式，实现了没有做不到的只有想不到的编程创意空间。图14为Rslogix5000的编程界面：
图14 Rslogix5000的编程界面
国际流行的树形界面让生手也能快速进入状态。图15为功能图编程界面：
图15 功能图编程界面
在硬件配置中组态I/O模块时，系统将自动生成包括故障检测、状态检测、I/O地址的分配列表。而且，支持多种数据类型，并可以自定义数据类型，为实现设备功能提供了多种选择。图16为自动生成的地址列表。
图16 自动生成的地址列表
图17为定义的数据类型选择：
图17 定义的数据类型
4.4.3轻松实现连续型和周期型任务
LOIGX支持连续型任务编程，同时在诸如调度、PID控制、数据采集等需要周期调用的任务中Rslogix5000也提供了方便的包括看门狗在内的创建功能，如下图18所示：
图18为创建周期型任务的设置界面：
图18 创建周期型任务的设置界面
4.4.4模拟量设定解决繁琐的数据编程
在模拟量数据处理中，工程单位的处理和整定是一个繁杂的过程，也是困扰程序工程师的一个难点，Rslogix5000针对模拟量I/O 模板提供了一个简单实用的设置界面，包括输入输出信号选择、工程单位设置甚至报警上下限都可以用鼠标点击完成，大大提高了编程效率。图19为工程单位整定设置界面：
图19 工程单位整定设置界面
4.4.5 独具匠心的程序趋势图
能够看到程序执行的过程是程序工程师梦寐以求的愿望，Rslogix5000给了他们满意的答案，通过设置需要观察的程序地址标签、范围等参数，所有的程序执行情况都可以通过时序图一目了然。图20为程序执行时的时序图。
图20 程序执行时的时序图
4.4.6 精巧的Rslogix500
在膨胀烟丝线上，焚烧炉是一套相对独立控制系统，它采用了Rockwell的小型PLC SLC_500，通过集成的以太网口连接入光纤环网，针对小型可编程序控制器，AB公司还开发了 Rslogix500编程软件，除了数据格式、寻址范围等稍逊一筹之外Rslogix500几乎可以完成任何需求的编程任务，如下图21：
图21 Rslogix500编程界面
5 工控软件Intouch
Intouch是Wonderware公司开发的旗舰产品，产品自发布以来已经占据全球工控软件半壁江山，使用Intouch可以不必再为生涩难懂的后台语言而打乱了设计思路和构想，数据的类型、设定，元件的动作、显示几乎可以一键完成，甚至还有逻辑运算、判断等功能，完整的报警体系、实时曲线、历史纪录可以在预制模版里通过简单设置轻松完成，使开发操作界面再也不是什么难以逾越的鸿沟。图22为Intouch9.5的开发界面:
图22 Intouch9.5的开发界面
5.1 工业通讯的枢纽RSLinx
RSLinx是穿梭于Netlinx网络间的终极利器,为罗克韦尔软件提供全套的通讯服务,同时还提供了包括OPC DDE CustomC/C++ 等数种开放接口用于与第三方人机界面系统、数据采集/分析系统等应用软件的通讯。对于硬件端口的支持更是包括PCMCIA卡、串口和基于计算机的网络适配器等。图23是RSLinx的工作界面：
图23 RSLinx的工作界面
5.2 通过RSLinx连接Intouch
由于RSLinx提供了各种数据接口， Intouch与ROCKWELL（罗克韦尔） 的各种PLC连接变得易如反掌，只需在RSLinx里定义PLC的节点名，与Intouch的节点名相对应，连接方式设为RSLinx即可，就这么简单。如图24：
图24 连接方式
6 基于开放嵌入式系统的设备层人机界面RSView ME
现场安装了用于操作和监控的人机界面PanelView Plus 1000 ，Rockwell software也提供了相应的开发软件RSView ME，可以通过RSLinx建立了RSView ME和PLC的无缝连接，甚至全局变量表都可以一键拷贝，标签都不用建立了。如图25：
图25 RSView ME和PLC的无缝连接
RSView ME更是高度集成元器件的各种开发功能，浓缩了HMI开发软件的精华，如图26：
图26 RSView ME
开发的画面需要生成项目下载到PanelView Plus 1000中，如果同时下载了中文字库，PanelView Plus 1000还可以显示中文。
7 数据采集和WEB发布
为了有效地管理在制品质量，我们还开发了数据采集和分析系统，使用了关系型数据库SQL Sever 2003,数据经过处理后生成报表通过WEB发布在厂域网上供烟厂质检、工艺控制部门查询和分析：
图27为发布界面：
图27 发布界面
8 结束语
安全、可靠是我们选择ROCKWELL Netlinx网络技术的原因，系统在完成后已经运行将近一年，稳定是我们最大的感受，辛苦的付出通过Netlinx网络技术得到了丰硕的回报，使我厂干冰(CO2)烟丝膨胀线立于制烟丝设备的技术前沿，也为ROCKWELL（罗克韦尔）在烟草行业的推广起到示范作用！
参考文献
[1] Frank ella [美].PLC教程.北京:人民邮电出版社,2007
[2] 罗克韦尔自动化 HOT培训教材
[3] 罗克韦尔自动化 Netlinx选型指南 2006
作者简介
兑幸福 现任河南中烟工业公司新郑卷烟厂制丝车间的电气维修技师。
（转载）
