合肥展昆自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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菲尼克斯電氣INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線在鋁行業(yè)物流設(shè)備中的應(yīng)用
2017-12-22 閱讀(2086)
INTERBUS是通用的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)在自動(dòng)化技術(shù)方面可以執(zhí)行兩種任務(wù)。一是在可編程邏輯控制器(PLC)、軟件控制器和機(jī)器人控制器等設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。二是連接現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器、傳感器、操作面板和驅(qū)動(dòng)。
*標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)化INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)
如果自動(dòng)化解決方案用于鄰近過程的場(chǎng)合,控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的快速數(shù)據(jù)傳輸(< 5 ms)尤為重要。INTERBUS等時(shí)傳輸信號(hào),并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母叨劝踩浴?/p>
INTERBUS系統(tǒng)由菲尼克斯電氣原創(chuàng)研發(fā),1987年起就開始應(yīng)用于自動(dòng)化技術(shù)之中。這一開放的系統(tǒng)逐漸成為傳感器/執(zhí)行器應(yīng)用中串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某墒旖鉀Q方案。
INTERBUS是標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng):符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50254,標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158和德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19258。
作為IEC61158標(biāo)準(zhǔn)總線,INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線使用雙絞線、光纖或無線進(jìn)行數(shù)據(jù)混合傳輸,傳輸速率恒定為500K或2M,可以與帶INTERBUS接口的各種設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。其*的環(huán)行數(shù)據(jù)流方式,使得具有很高的穩(wěn)定性、傳輸效率和很強(qiáng)的診斷功能。此外,菲尼克斯電氣生產(chǎn)的直接現(xiàn)場(chǎng)安裝的各種產(chǎn)品減少了安裝時(shí)間和花費(fèi),從而降低了安裝費(fèi)用,而且也不再需要傳統(tǒng)的布線。在汽車、造紙、煙草等制造自動(dòng)化系統(tǒng)中大量使用,具有廣泛的適用性。本文略述INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品在鋁行業(yè)中的應(yīng)用,具有推廣價(jià)值。[關(guān)鍵詞] INTERBUS總線 Fieldline系統(tǒng)
1. 關(guān)于INTERBUS 總線 菲尼克斯電氣一直致力于中國自動(dòng)化事業(yè)的發(fā)展。作為現(xiàn)場(chǎng)總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導(dǎo),菲尼克斯提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動(dòng)化方案,構(gòu)造了完善的工業(yè)企業(yè)管理控制網(wǎng)絡(luò)。上個(gè)世紀(jì)末以來,隨著通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了深刻變革。德國Phoenix Contact公司努力投身于這一時(shí)代浪潮,在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、PC-Based技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)這自動(dòng)化界三大重要革新中著世界的步伐。作為現(xiàn)場(chǎng)總線的*,來自德國的Phoenix Contact公司的INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線誕生于1986年,采用非常*的集總幀傳輸協(xié)議,有效數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)52%,具備強(qiáng)大的故障診斷功能;采用雙絞線無中繼器傳輸距離長達(dá)12.8公里;;單主站可連接zui多達(dá)255個(gè)從站;掃描4096 I/O點(diǎn)的時(shí)間僅為7.8毫秒(500Kbps)。以其技術(shù)的先進(jìn)性、開放性、成熟性廣泛適用于汽車、機(jī)器、物流設(shè)備、卷煙設(shè)備等各種制造業(yè)領(lǐng)域中。在有3000多個(gè)總線設(shè)備生產(chǎn)廠家,安裝節(jié)點(diǎn)超過400萬個(gè),現(xiàn)已成為眾多廠家的自動(dòng)化系統(tǒng)之一。INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN-50254、德國標(biāo)準(zhǔn)DIN-19258和中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB 10308-8所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線。 今天,作為現(xiàn)場(chǎng)總線、PC-Based、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的先導(dǎo),菲尼克斯又提出了FIELDBUS+ETHERNET這一新型自動(dòng)化方案,構(gòu)造了完善的工業(yè)企業(yè)管理控制網(wǎng)絡(luò),致力于中國自動(dòng)化事業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,各種現(xiàn)場(chǎng)總線的市場(chǎng)競(jìng)爭日趨激烈,在IEC61158標(biāo)準(zhǔn)中,八種總線(FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、 ControlNet、SwiftNet)均列入標(biāo)準(zhǔn),形成多種總線共同競(jìng)爭的局面。 INTERBUS作為IEC61158標(biāo)準(zhǔn)之一,廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)、機(jī)器加工等行業(yè)中,用于從傳感器/執(zhí)行器到計(jì)算機(jī)控制站的信號(hào)連接,是一種開放的串行總線系統(tǒng)。INTERBUS總線協(xié)議于1984年推出,其主要技術(shù)為德國的Phoenix Contact公司,1986年開始在汽車制造中成功使用后,很快在各種行業(yè)中得到大量的使用,目前使用量達(dá)750萬節(jié)點(diǎn)。
1.1 INTERBUS總線結(jié)構(gòu) INTERBUS總線包括遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò),兩種網(wǎng)絡(luò)傳送相同的信號(hào)但電平不同。遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送,采用RS-485傳輸,遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用全雙工方式進(jìn)行通訊,通訊速率為500k/s。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上,網(wǎng)絡(luò)上的總線終端BT(BUS Terminal)上的BK模塊負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。 INTERBUS總線上的主要設(shè)備有總線終端BT(BUS Terminal)上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設(shè)備中的總線控制板??偩€控制板是INTERBUS總線上的主設(shè)備,用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議的控制、錯(cuò)誤的診斷、組態(tài)的存儲(chǔ)等功能。I/O模塊實(shí)現(xiàn)在總線控制板和傳感器/執(zhí)行器之間的接收和數(shù)據(jù)傳輸,可處理的數(shù)據(jù)類型包括機(jī)械制造和流程工業(yè)的所有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
1.2 INTERBUS總線的協(xié)議特點(diǎn) (1)物理層 結(jié)構(gòu):硬件數(shù)據(jù)環(huán),所有設(shè)備在組態(tài)時(shí)自動(dòng)編址 。距離:分布式,zui長距離可達(dá)12.8km,系統(tǒng)安裝費(fèi)用低 。傳輸介質(zhì):雙絞線、光纜、紅外線等,網(wǎng)絡(luò)可在各種工業(yè)環(huán)境聯(lián)接,并可混合使用 。
(2)數(shù)據(jù)鏈路層 協(xié)議傳輸:全雙工、集總幀(summation-frame)結(jié)構(gòu) ,網(wǎng)絡(luò)上的所有I/O可同時(shí)更新數(shù)據(jù) 。協(xié)議仲裁:無仲裁,數(shù)據(jù)可無干擾地連續(xù)傳送 。數(shù)據(jù)吞吐量:在7.8ms內(nèi)可讀寫4096個(gè)數(shù)據(jù),I/O數(shù)據(jù)更新時(shí)間比解決應(yīng)用邏輯需要的時(shí)間快數(shù)倍 。錯(cuò)誤校驗(yàn):每次網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接都進(jìn)行CRC校驗(yàn),傳輸數(shù)據(jù)更可靠、正確 。
(3)應(yīng)用層 診斷:可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障定位,實(shí)現(xiàn)更多的正常工作時(shí)間,減少維護(hù)費(fèi)用,提高可靠性 。協(xié)議的適應(yīng)性:支持高速的數(shù)字量、模擬量和client-sever信息的傳輸,可適應(yīng)絕大多數(shù)的控制要求 。 I/O的擴(kuò)展性:可聯(lián)接254個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn),4096個(gè)I/O 有更好的系統(tǒng)適應(yīng)性 。
(4)連通性 開放性:1000多家廠商提供2500多種兼容設(shè)備, 可供選擇的供應(yīng)商多,能為系統(tǒng)提供*的配置 。標(biāo)準(zhǔn) :DIN19258 EN50254 IEC61158 ,系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一
(5)數(shù)據(jù)傳輸 INTERBUS的數(shù)據(jù)傳輸類似于一個(gè)遠(yuǎn)程距離移位寄存器,數(shù)據(jù)從總線控制板的數(shù)據(jù)寄存器移出,經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)上的BK模塊和I/O模塊,又移入總線控制板的寄存器。也就是說,數(shù)據(jù)從總線控制板上的數(shù)據(jù)寄存器的移進(jìn)移出是同時(shí)進(jìn)行的(全雙工模式)。INTERBUS數(shù)據(jù)是*幀傳送的。兩種幀類型:ID周期幀和數(shù)據(jù)周期幀。ID周期幀在INTERBUS總線系統(tǒng)初始化時(shí)須讀取,以產(chǎn)生過程映像。在ID周期幀成功執(zhí)行后,INTERBUS總線設(shè)備內(nèi)部切換到數(shù)據(jù)寄存器,只執(zhí)行數(shù)據(jù)幀,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 INTERBUS作為一種基于現(xiàn)場(chǎng)的總線系統(tǒng),在I/O網(wǎng)絡(luò)中有十分快的通訊速度:254個(gè)I/O時(shí),距離12.8km時(shí)為15ms,300m時(shí)為3ms。在信息管理層,INTERBUS通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián),I/O層(I/O level)、現(xiàn)場(chǎng)層(field level)、控制層(control level)使用INTERBUS系統(tǒng),上層管理層(management level)通過以太網(wǎng)相連接并和internet相聯(lián),從而用戶可通過PC機(jī)撥號(hào)上網(wǎng),對(duì)遠(yuǎn)方的INTERBUS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行操作并獲取設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。 2. 控制系統(tǒng)構(gòu)成 電解鋁生產(chǎn)是典型的流程型生產(chǎn)模式,生產(chǎn)工程是否穩(wěn)定直接影響到電解鋁生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此在電解鋁的生產(chǎn)中,必須實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)工藝參數(shù),以保證生產(chǎn)計(jì)劃安全地完成。青海鋁廠把INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)用于陽極組裝及殘極處理車間。該車間長216m,為電解車間制備新陽極組,即將電解槽上卸下的殘極運(yùn)至本車間,經(jīng)裝站掛到積放式懸掛輸送機(jī)(以下簡稱懸鏈)上,由懸鏈吊運(yùn)殘極依次通過電解質(zhì)清理、殘極拋丸處理、殘極壓脫、磷鐵環(huán)壓脫、導(dǎo)桿矯直、鋼爪清刷、涂石墨、導(dǎo)桿清刷、澆鑄磷生鐵等流水作業(yè)站,組裝出新的陽極組。懸鏈生產(chǎn)線是該車間的主體,電解槽上換下的殘極在該生產(chǎn)線裝站掛到懸鏈上。懸鏈上裝有約120組小車,小車上吊運(yùn)著殘極,沿懸鏈前進(jìn),在不同作業(yè)站進(jìn)行處理,zui后在卸站下線進(jìn)入澆鑄工作區(qū),經(jīng)澆鑄后成為合格的新陽極組。由于本工程的現(xiàn)場(chǎng)I/O檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量多,且分布廣、距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境惡劣。該廠由于地處西北,冬天溫度可達(dá)零下20度,PLC的防護(hù)等級(jí)比較低,一般工作溫度為零度至40度,很難滿足現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的要求。如將PLC放在控制室內(nèi)采用傳統(tǒng)的集中式控制,將耗費(fèi)大量的控制電纜和電纜橋架,并且極大增加敷設(shè)電纜和安裝橋架的工程量,同時(shí)給調(diào)試帶來很大的不便,并對(duì)日后的維護(hù)產(chǎn)生很大的困難。針對(duì)于上述情況,為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工藝和便于維護(hù)的要求,選擇一種控制子站數(shù)目多,布線簡單、維護(hù)方便、工作溫度范圍適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、系統(tǒng)安全可靠,診斷功能強(qiáng)大的系統(tǒng)。INTERBUS系統(tǒng)除了可以連接菲尼克斯自己的控制器以外,還可以連接ROCKWELL,SIEMENS,SCHNEIDER等公司的PLC,采用一根總線電纜連接、總傳輸距離長達(dá)12.8KM,工作溫度范圍為零下25度到零上55度,強(qiáng)大的診斷功能給維護(hù)帶來極大的方便。自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)采用菲尼克斯的INTERBUS總線,采用新的Fieldline系統(tǒng),共有89個(gè)節(jié)點(diǎn),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的作業(yè)進(jìn)行信號(hào)的采集控制。根據(jù)工程需要,整個(gè)控制系統(tǒng)由操作員站(OPS)和控制站(PLC)兩級(jí)構(gòu)成。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、PLC、INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線組成的多級(jí)、開放式集散數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理系統(tǒng)。因車間內(nèi)粉塵大,所有菲尼克斯的現(xiàn)場(chǎng)I/O模板都選用IP67防護(hù)等級(jí)的Fieldline一體化模塊INTERBUS M12,通過兩個(gè)M12連接器連接總線,用于向遠(yuǎn)程總線供電,并提供INTERBUS通信。Fieldline M12模塊允許傳感器和執(zhí)行器通過標(biāo)準(zhǔn)M12連接器相連。采用西門子公司的SIMATIC S7-300系列PLC,CPU為315-2DP。另采用1塊菲尼克斯公司提供的INTERBUS控制板IBS S7300 DSC-T將S7300 PLC和INTERBUS相連接。系統(tǒng)操作站選用研華工控機(jī),監(jiān)視控制站的所有信息,進(jìn)行顯示、操作、記錄、數(shù)據(jù)處理、報(bào)表輸出,并可以按一定的權(quán)限進(jìn)行控制的組態(tài)和參數(shù)修改等操作。系統(tǒng)控制站通過控制單元檢測(cè)和控制裝備對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)行實(shí)時(shí)控制,并通過系統(tǒng)總線與操作員站相連,向操作站傳遞現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并且接受操作站的管理和控制信息。編程軟件為菲尼克斯的CMD,組態(tài)、監(jiān)控和診斷軟件CMD,是貫穿系統(tǒng)整個(gè)生命周期中所使用的工具,即從規(guī)劃和組態(tài),到系統(tǒng)的調(diào)試,再到系統(tǒng)運(yùn)行以及維護(hù)中的診斷。無論你使用的是什么類型的控制器,這個(gè)軟件都適用。啟動(dòng)階段如總線發(fā)生故障,出錯(cuò)位置可以在CMD和直接在電路圖視窗中顯示出來。
3、結(jié)束語 本系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,用戶考核,INTERBUS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,*工藝控制要求,具有自動(dòng)化程度高、可靠性高、度高、響應(yīng)時(shí)間快、維護(hù)量小的特點(diǎn)。同時(shí),提高了生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平、改善了勞動(dòng)條件、降低了生產(chǎn)成本,使企業(yè)的自動(dòng)化水平邁上了一個(gè)新臺(tái)階,得到了用戶的好評(píng),推廣價(jià)值。