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工业以太网和无线网桥在提取系统应用

2019/08/29 阅读:

摘要:针对甜菊糖提取生产工艺中存在的盲点、孤岛问题,将工业以太网和无线网桥技术运用在自控系统中,对于分散单元的控制系统化模式提出合理改进方法。

关键词:自控系统;甜菊糖提取;工业以太网;无线网

桥植提行业中提取的产品不同,其生产工艺就不同。以甜菊糖提取为例,其生产系统主要有7个工段[1],各工段分布着温度、压力、液位、流量监测和自动调节控制,泵阀联锁启停控制以及水、电、汽、投料量计量等核算数据的采集汇总。根据生产工艺和生产设备布局位置,将整个庞大系统分割成多个控制系统单元[2]。若数据总线不兼容就会造成控制单元工段盲点区和信息孤岛区,使得不能实时掌控车间总体生产状况,不利于生产总调度并及时做出决策判断,尤其是计量体系配电室中电量计量数据采集控制中心距离远,会给有线数据传输带来不便。可见多种因素制约着生产控制系统的多面覆盖,操作控制具有局限性[3]。随着工业以太网的快速发展,实时以太网成为了现场总线发展的主要方向,用于管理层和车间控制器之间或者控制器与PC之间的通信。与此同时无线网桥数据传输方式可以在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁并应用于工业控制领域。这些都为解决工业控制中现场总线不能兼容、数据不能互访等弊端提供了有力的技术保障。为此,笔者将工业以太网和无线网桥系统运用在甜菊糖自控系统中,对于分散单元的控制系统化模式提出合理的改进方法。

1控制系统硬件与软件配置

1.1硬件配置

根据系统等级,甜菊糖生产线划分为萃取絮凝控制系统、板框清洗过滤控制系统、浓缩精制控制系统和喷雾干燥控制系统4个单元,依次确定为1#SIMATICS7PLC、2#HAIWELLPLC、3#SI-MATICS7PLC、4#HAIWELLPLC。萃取絮凝控制系统1#SIMATICS7PLC采用CPU315-2PN/DP,由1个主站、4个ET200从站和1个Modbus-Profibus网关组成西门子Profibus-DP现场总线网,1个DTL645电力网关独立成网,实现对车间生产系统各工艺参数的检测和自动调节,阀门、电机联锁控制,水、电、汽、投料量的采集记录。浓缩精制控制系统3#SIMATICS7PLC与之相同。板框清洗过滤控制系统2#HAIWELLPLC采用国产HAIWELL系列PLC,具有Modbus-TCP以太网数据传输功能,喷雾干燥控制系统4#HAIWELLPLC与之相同。

1.2软件配置

整个生产系统有2台PC数据控制终端固定位置操作,4台平板电脑车间移动操作,均配置SIMATICWinCC组态软件,6台电脑与各控制单元CPU配置同一网段的不同地址。利用各自的交换机通过主干网络进行连接,并通过下游的无线网桥,实现车间电力计量无线通信,平板电脑与PC数据终端的数据共享。此外控制系统形成以太网冗余网络,网络发生故障后,网络结构进行重构,可提高控制系统的稳定可靠性。

2工业以太网优势

工业以太网采用TCP/IP协议,通过以太网可将自动化系统连接到企业内部互联网、外部互联网和因特网。不需额外的硬件设备,就可实现管理网络与控制网络的数据共享,即实现管控一体化。以太网灵活性好,现有设备可以不受影响地扩展。且可以用冗余的网络拓扑结构,可靠性高。SIMATIC工业以太网通信用于管理层和车间控制器之间或者控制器与PC之间的通信,在网络通信时采用以太网接口,所有的设备组成一个局域网,上位监控计算机、编程设备、PLC和触摸屏都能很方便地互相访问,扩展更多设备时只需要加一个交换机就能扩展出多个接口,一般应用于数据量较大、传输距离较远、传输速率快且环境恶劣和抗干扰要求较高的工业场合。

3控制系统网络拓扑结构

在整体设计的控制系统网络拓扑结构中,主要包括进口SIMATICS7PLC、国产HAIWELLPLC、DTL645电力网关、MG-DPSX型Modbus-DP网关、MS205T型交换机及LG540N型无线网桥等。在网络通信时采用以太网接口,所有的设备组成一个局域网,控制系统网络拓扑结构如图1所示。利用以太网的冗余互联特性,可以实现多方数据的互访共享。每个组成单元都有各自的IP地址,高速无线网桥之间形成网络互访的结构单元,组成控制系统的局域网模式[4]。同时还可以访问互联网,通过访问建立的数据库,实现对ERP系统的数据交互,便于整个生产系统能源消耗、利润成本消耗的统计和汇总分析,以节省人工统计的劳动成本。作为工业控制最底层的生产数据采集记录单元,为更高层次的数据处理提供良好的数据基础保障。

4无线网桥与以太网数据融合

4.1无线网桥技术

无线传输方式可实现在两个或多个网络之间搭起通信桥梁的功能,电路型网桥无线传输机制采用PDH/SDH微波传输原理,接口协议采用桥接原理实现[5],具有数据速率稳定,传输时延小的特点,适用于多媒体需求的融合网络解决方案。数据型网桥采用IP传输机制,接口协议采用桥接原理实现,具有组网灵活,成本低廉的特征,适合于网络数据传输和低等级监控类图像传输,广泛应用于各种基于纯IP构架的数据网络。

4.2车间平板电脑巡查

为方便车间生产岗位巡查人员操作,在此基础之上,设计了车间整个生产状态的显示操作面板,自动控制系统设置成不同权限的双重控制,可靠性、安全性得到有效保障。考虑到车间布线的局限性和安全性,采用平板电脑显示操作方式,应用网络信号的无线传输。将无线网桥技术运用在两个分体车间数据共享互访,4台平板电脑每个分体车间各两个。在无线网桥中,采用点对多点形式传输,并调整好网桥发射角度。桥接两端的无线AP车间可在无线网桥的范围内进行手持平板电脑移动操作,方便简洁。

4.3水、电、汽、投料量计量平台

车间成本核算在数据统计中分为两类,一类为水、蒸汽、溶剂、投料量,另一类为电量。水、蒸汽、溶剂、投料量通过SIMATICPLCProfibus-DP现场总线进行数据采集[6],由控制系统网络拓扑经以太网传入PC控制终端、经无线网桥传入平板电脑系统。总配电室有15块DLT645电表,由于总配电室与整个控制系统距离较远,导致配线极为不便。而DLT645电力网关直接通过无线网桥与以太网、PC控制终端进行数据互联,即可实现即时查询用电量的功能。上述数据导入数据库,利用自主开发的软件平台能够实时对各个工段岗位有效截数、核算成本、考核班组。

5结束语

植物提取作为新兴行业,随着工艺的不断完善、提高,对自动化控制技术要求也越来越高。通过将工业以太网和无线网桥系统运用在植提行业自动化控制系统中,形成了多地工艺数据共享,冗余的网络系统结构,网络数据互访实时监控和管理生产工艺,取得了良好的运行效果,该系统稳定、可靠,在植提生产系统中具有借鉴推广意义。

参考文献

[1]张亚莉.中国植提行业的机遇和挑战分析[J].中国外资,2013,(11):12~13.

[2]胡雪松,张勤.植提工艺的流程设计分析与评价模型研究[J].化学工程与装备,2013,(10):48~50.

[3]张莹,祖元刚,陈小强,等.中国植物提取业的形成与发展策略[J].现代化工,2010,30(3):9~16.

[4]金纯.IEEE802.11无线局域网[M].北京:电子工业出版社,2004.

[5]刘文芳,方强.西门子PLC系统综合应用技术[M].北京:机械工业出版社,2012.

[6]廖常初.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京:机械工业出版社,2009.

作者:曹会启 赵振忠 武志伟 单位:晨光生物科技集团股份有限公司

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