1 Device Net現(xiàn)場(chǎng)總線

    Device Net是一種基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的、開放式的設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線，是工業(yè)控制網(wǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)。它是由美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司(Rockwell Automation)于1994年推出的建立在CAN總線基礎(chǔ)上的一種低成本、高性能的設(shè)備級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線[1‘3J，具有開放、高效率、實(shí)時(shí)性好與靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Device Net將基本工業(yè)設(shè)備如開關(guān)、傳感器、變頻器和電動(dòng)機(jī)等連接到網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)昂貴、繁瑣且技術(shù)含量低的布線工作量，節(jié)省了硬接線，使其系統(tǒng)檢測(cè)和控制單元的分布更趨合理。

    一個(gè)完整的DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線由主控器、現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出模塊、線纜及網(wǎng)絡(luò)附件和帶有DeviceNet接口的現(xiàn)場(chǎng)裝置等幾部分組成。由于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通訊方式靈活且可以直接和低端通訊設(shè)備相連接的優(yōu)點(diǎn)，從而在工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛的應(yīng)用。

2 制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)及控制流程

    2.1 制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

    制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)由中央控制PLC、觸摸屏、紅外測(cè)溫儀、壓力傳感器、編碼器、可控硅電力調(diào)整器、變頻器、管材絕對(duì)探傷檢測(cè)儀器和相應(yīng)的低壓電器元件等組成，其中變頻器部分選用美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的全數(shù)字高精度PFT00交流變頻控制器，上層配以CompactLogix控制器和PanelView Plus的觸摸屏。CompactLogix和變頻器之間采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)連接，PLC和PanelView Plus的觸摸屏之間采用EtherNet網(wǎng)絡(luò)連接，從而構(gòu)成3級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)。制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

    2.2 制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制流程

    制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的控制流程分為成型機(jī)部分、釬焊機(jī)部分和牽引機(jī)部分。

    2.2.1 成型機(jī)部分

    由于芯棒端部壓力是決定雙層卷焊管管筒成型的關(guān)鍵參數(shù)，因此對(duì)成型機(jī)部分的控制主要是通過控制芯棒端部壓力來實(shí)現(xiàn)的，即是通過壓力傳感器和數(shù)字儀表來實(shí)現(xiàn)的。壓力傳感器將檢測(cè)的壓力信號(hào)通過儀表處理后顯示出來，操作人員實(shí)時(shí)觀察儀表的顯示數(shù)據(jù)從而將壓力調(diào)整到規(guī)定的范圍；若生產(chǎn)過程中芯棒斷裂，則會(huì)出現(xiàn)壓力消失的現(xiàn)象，此時(shí)可通過儀表給中心控制系統(tǒng)的PLC發(fā)送信號(hào)，中心控制系統(tǒng)會(huì)立即自動(dòng)停止生產(chǎn)線，同時(shí)觸摸屏上會(huì)有報(bào)警指示。

    2.2.2 釬焊機(jī)部分

    釬焊機(jī)部分的控制主要是通過對(duì)影響雙層卷焊管層間結(jié)合率的釬焊溫度的控制來實(shí)現(xiàn)的，其設(shè)備組成包括紅外測(cè)溫儀、PLC和觸摸屏。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過PLC編譯相應(yīng)程序后，操作人員只需要在觸摸屏上事先設(shè)定好工藝參數(shù)，通過啟動(dòng)相應(yīng)按鈕就可實(shí)現(xiàn)對(duì)釬焊溫度的控制。其具體工作原理為：系統(tǒng)通過測(cè)溫儀將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的電

    流信號(hào)反饋給中心控制系統(tǒng)的PLC，經(jīng)PLC處理后，一方面輸出的電流信號(hào)傳輸?shù)娇煽毓桦娏φ{(diào)整器的控制端，從而通過可控硅的調(diào)節(jié)使釬焊溫度自動(dòng)達(dá)到設(shè)定的溫度，另一方面將輸出信號(hào)傳輸?shù)接|摸屏，直接顯示管材溫度。

    2.2.3 牽引機(jī)部分

    由于雙層卷焊管生產(chǎn)線是連續(xù)生產(chǎn)線，生產(chǎn)線長(zhǎng)，因此為保證管材在生產(chǎn)過程中的運(yùn)行速度及高度，引入牽引機(jī)。牽引機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)由變頻電機(jī)、變頻器、PLC、編碼器、觸摸屏組成。其控制原理為：編碼器將檢測(cè)到的速度脈沖信號(hào)反饋給中心控制系統(tǒng)的PLC，經(jīng)PLC處理后輸出到變頻器的控制端，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制變頻電機(jī)的速度，使生產(chǎn)線管材運(yùn)行速度自動(dòng)達(dá)到設(shè)定速度并保持穩(wěn)定。在實(shí)際操作中，操作人員只需在觸摸屏上設(shè)定工藝規(guī)定的速度，當(dāng)生產(chǎn)線啟動(dòng)后，即使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，其速度也會(huì)通過傳動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)將其速度精度控制在1％左右。

3 Device Net現(xiàn)場(chǎng)總線在制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

    基于生產(chǎn)線控制流程，考慮到分布式控制方式具有各模塊自主性的特性，并結(jié)合生產(chǎn)線的控制要求，對(duì)制管電氣系統(tǒng)采用了基于Device Net總線的分布式控制方式。其中，焊接電源采用單相、380V、50kA的變壓器供電，變壓器一次側(cè)用可控硅控制，輸入電壓為380V，輸出電壓為55V；焊接溫度采用紅外測(cè)溫傳感器檢測(cè)，實(shí)行閉環(huán)控制，PID調(diào)節(jié)，控制精度在2％以內(nèi)；通過兩對(duì)光電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了鋼管運(yùn)行高度的穩(wěn)定性。

制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)硬件主要包括CompactLogix過程控制站、PLC控制系統(tǒng)、Allen—Bradley的PowerFlex系列變頻器、Allen—Bradley的PanelView Plus系列觸摸屏。

    3.1 CompactI_J09ix過程控制站

    該站采用32位RISC CPU，支持32個(gè)獨(dú)立的任務(wù)和15個(gè)優(yōu)先級(jí)，通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的分布式控制。CompactI_J09ix過程控制LO模塊種類齊全，不僅可以直接上網(wǎng)，具有自診斷功能，同時(shí)，由于采用“清除名單法”的技術(shù)，具有占用內(nèi)存空間小的優(yōu)勢(shì)；且采用光電隔離，使所有的輸入輸出電路都能防止信號(hào)過載、瞬變和浪涌沖擊。

    3.2 PLC控制系統(tǒng)

    該系統(tǒng)主要是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的速度和張力協(xié)調(diào)控制、各種連鎖控制、溫度閉環(huán)控制、電動(dòng)閥電磁閥控制、釬焊爐內(nèi)溫度PID調(diào)節(jié)、渦流探傷打點(diǎn)的時(shí)間及間隔時(shí)間控制等方面進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而保證各模塊的正常運(yùn)行。

    3.3 Allen—Bradley的PowerFlex系列變頻器

    PowerFlex交流變頻器具有性能可靠、體積小、性價(jià)比高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制。它具有標(biāo)準(zhǔn)控制和無速度傳感器矢量控制兩種配置方式，且由于采用最新的IGBT功率模塊和高級(jí)的控制算法，可以提供任何速度下的平穩(wěn)性能、超常轉(zhuǎn)矩，從而保證電動(dòng)機(jī)低噪聲、高效率運(yùn)行。Power-Flex變頻器調(diào)速范圍為l 000：l，調(diào)速精度最高可達(dá)±0．001％，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2％；無編碼器時(shí)調(diào)速精度也可達(dá)到±0．5％，調(diào)速范圍達(dá)120：1，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為5％。

    3.4 AHen—Bradley的PanelView Plus系列觸摸屏

    PanelView Plus 600操作員界面可提供彩色或灰度圖形顯示，且提供了一個(gè)壓感模擬式觸摸屏，允許靈活的配置觸摸區(qū)域。具有在通訊接口的基本單元上安裝通訊模塊和增強(qiáng)器通訊的功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

    制管生產(chǎn)線采用Device Net總線，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和擴(kuò)展性，降低維護(hù)成本，縮短安裝調(diào)試周期，減少故障發(fā)生，減少安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間，滿足了制管生產(chǎn)過程控制的需要。

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本文標(biāo)題：基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線的制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研究

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