工業以太網和無線網橋在提取系統應用范文

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摘要：針對甜菊糖提取生產工藝中存在的盲點、孤島問題，將工業以太網和無線網橋技術運用在自控系統中，對于分散單元的控制系統化模式提出合理改進方法。

關鍵詞：自控系統；甜菊糖提取；工業以太網；無線網

橋植提行業中提取的產品不同，其生產工藝就不同。以甜菊糖提取為例，其生產系統主要有7個工段［1］，各工段分布著溫度、壓力、液位、流量監測和自動調節控制，泵閥聯鎖啟停控制以及水、電、汽、投料量計量等核算數據的采集匯總。根據生產工藝和生產設備布局位置，將整個龐大系統分割成多個控制系統單元［2］。若數據總線不兼容就會造成控制單元工段盲點區和信息孤島區，使得不能實時掌控車間總體生產狀況，不利于生產總調度并及時做出決策判斷，尤其是計量體系配電室中電量計量數據采集控制中心距離遠，會給有線數據傳輸帶來不便。可見多種因素制約著生產控制系統的多面覆蓋，操作控制具有局限性［3］。隨著工業以太網的快速發展，實時以太網成為了現場總線發展的主要方向，用于管理層和車間控制器之間或者控制器與PC之間的通信。與此同時無線網橋數據傳輸方式可以在兩個或多個網絡之間搭起通信的橋梁并應用于工業控制領域。這些都為解決工業控制中現場總線不能兼容、數據不能互訪等弊端提供了有力的技術保障。為此，筆者將工業以太網和無線網橋系統運用在甜菊糖自控系統中，對于分散單元的控制系統化模式提出合理的改進方法。

1控制系統硬件與軟件配置

1．1硬件配置

根據系統等級，甜菊糖生產線劃分為萃取絮凝控制系統、板框清洗過濾控制系統、濃縮精制控制系統和噴霧干燥控制系統4個單元，依次確定為1#SIMATICS7PLC、2#HAIWELLPLC、3#SI-MATICS7PLC、4#HAIWELLPLC。萃取絮凝控制系統1#SIMATICS7PLC采用CPU315-2PN/DP，由1個主站、4個ET200從站和1個Modbus-Profibus網關組成西門子Profibus-DP現場總線網，1個DTL645電力網關獨立成網，實現對車間生產系統各工藝參數的檢測和自動調節，閥門、電機聯鎖控制，水、電、汽、投料量的采集記錄。濃縮精制控制系統3#SIMATICS7PLC與之相同。板框清洗過濾控制系統2#HAIWELLPLC采用國產HAIWELL系列PLC，具有Modbus-TCP以太網數據傳輸功能，噴霧干燥控制系統4#HAIWELLPLC與之相同。

1．2軟件配置

整個生產系統有2臺PC數據控制終端固定位置操作，4臺平板電腦車間移動操作，均配置SIMATICWinCC組態軟件，6臺電腦與各控制單元CPU配置同一網段的不同地址。利用各自的交換機通過主干網絡進行連接，并通過下游的無線網橋，實現車間電力計量無線通信，平板電腦與PC數據終端的數據共享。此外控制系統形成以太網冗余網絡，網絡發生故障后，網絡結構進行重構，可提高控制系統的穩定可靠性。

2工業以太網優勢

工業以太網采用TCP/IP協議，通過以太網可將自動化系統連接到企業內部互聯網、外部互聯網和因特網。不需額外的硬件設備，就可實現管理網絡與控制網絡的數據共享，即實現管控一體化。以太網靈活性好，現有設備可以不受影響地擴展。且可以用冗余的網絡拓撲結構，可靠性高。SIMATIC工業以太網通信用于管理層和車間控制器之間或者控制器與PC之間的通信，在網絡通信時采用以太網接口，所有的設備組成一個局域網，上位監控計算機、編程設備、PLC和觸摸屏都能很方便地互相訪問，擴展更多設備時只需要加一個交換機就能擴展出多個接口，一般應用于數據量較大、傳輸距離較遠、傳輸速率快且環境惡劣和抗干擾要求較高的工業場合。

3控制系統網絡拓撲結構

在整體設計的控制系統網絡拓撲結構中，主要包括進口SIMATICS7PLC、國產HAIWELLPLC、DTL645電力網關、MG-DPSX型Modbus-DP網關、MS205T型交換機及LG540N型無線網橋等。在網絡通信時采用以太網接口，所有的設備組成一個局域網，控制系統網絡拓撲結構如圖1所示。利用以太網的冗余互聯特性，可以實現多方數據的互訪共享。每個組成單元都有各自的IP地址，高速無線網橋之間形成網絡互訪的結構單元，組成控制系統的局域網模式［4］。同時還可以訪問互聯網，通過訪問建立的數據庫，實現對ERP系統的數據交互，便于整個生產系統能源消耗、利潤成本消耗的統計和匯總分析，以節省人工統計的勞動成本。作為工業控制最底層的生產數據采集記錄單元，為更高層次的數據處理提供良好的數據基礎保障。

4無線網橋與以太網數據融合

4．1無線網橋技術

無線傳輸方式可實現在兩個或多個網絡之間搭起通信橋梁的功能，電路型網橋無線傳輸機制采用PDH/SDH微波傳輸原理，接口協議采用橋接原理實現［5］，具有數據速率穩定，傳輸時延小的特點，適用于多媒體需求的融合網絡解決方案。數據型網橋采用IP傳輸機制，接口協議采用橋接原理實現，具有組網靈活，成本低廉的特征，適合于網絡數據傳輸和低等級監控類圖像傳輸，廣泛應用于各種基于純IP構架的數據網絡。

4．2車間平板電腦巡查

為方便車間生產崗位巡查人員操作，在此基礎之上，設計了車間整個生產狀態的顯示操作面板，自動控制系統設置成不同權限的雙重控制，可靠性、安全性得到有效保障。考慮到車間布線的局限性和安全性，采用平板電腦顯示操作方式，應用網絡信號的無線傳輸。將無線網橋技術運用在兩個分體車間數據共享互訪，4臺平板電腦每個分體車間各兩個。在無線網橋中，采用點對多點形式傳輸，并調整好網橋發射角度。橋接兩端的無線AP車間可在無線網橋的范圍內進行手持平板電腦移動操作，方便簡潔。

4．3水、電、汽、投料量計量平臺

車間成本核算在數據統計中分為兩類，一類為水、蒸汽、溶劑、投料量，另一類為電量。水、蒸汽、溶劑、投料量通過SIMATICPLCProfibus-DP現場總線進行數據采集［6］，由控制系統網絡拓撲經以太網傳入PC控制終端、經無線網橋傳入平板電腦系統。總配電室有15塊DLT645電表，由于總配電室與整個控制系統距離較遠，導致配線極為不便。而DLT645電力網關直接通過無線網橋與以太網、PC控制終端進行數據互聯，即可實現即時查詢用電量的功能。上述數據導入數據庫，利用自主開發的軟件平臺能夠實時對各個工段崗位有效截數、核算成本、考核班組。

5結束語

植物提取作為新興行業，隨著工藝的不斷完善、提高，對自動化控制技術要求也越來越高。通過將工業以太網和無線網橋系統運用在植提行業自動化控制系統中，形成了多地工藝數據共享，冗余的網絡系統結構，網絡數據互訪實時監控和管理生產工藝，取得了良好的運行效果，該系統穩定、可靠，在植提生產系統中具有借鑒推廣意義。

參考文獻

［1］張亞莉．中國植提行業的機遇和挑戰分析［J］．中國外資，2013，(11):12～13．

［2］胡雪松，張勤．植提工藝的流程設計分析與評價模型研究［J］．化學工程與裝備，2013，(10):48～50．

［3］張瑩，祖元剛，陳小強，等．中國植物提取業的形成與發展策略［J］．現代化工，2010，30(3):9～16．

［4］金純．IEEE802．11無線局域網［M］．北京:電子工業出版社，2004．

［5］劉文芳，方強．西門子PLC系統綜合應用技術［M］．北京:機械工業出版社，2012．

［6］廖常初．西門子工業通信網絡組態編程與故障診斷［M］．北京:機械工業出版社，2009．

作者：曹會啟 趙振忠 武志偉 單位：晨光生物科技集團股份有限公司