基于 Devicenet 稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

電解機(jī)組秤原有稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)是利用儀表稱(chēng)重采集數(shù)據(jù)，通過(guò)觸摸屏數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線電臺(tái)發(fā)送至工控機(jī)接收。 鑒于這種數(shù)據(jù)傳輸方式通信不穩(wěn)定，抗干擾能力差，系統(tǒng)改造采用 Devicenet 網(wǎng)

絡(luò)通訊至 PLC，并通過(guò)光纖通訊至監(jiān)控系統(tǒng)，用于分析和評(píng)估生產(chǎn)信息。 該系統(tǒng)投運(yùn)后，節(jié)約了大量購(gòu)置硬件費(fèi)用及系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，取得了較好效果。

1問(wèn)題的提出

某企業(yè)電解機(jī)組秤原有稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)是利用儀表稱(chēng)重采集數(shù)據(jù),通過(guò)觸摸屏數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線電臺(tái)發(fā)送至工控機(jī)接收。該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析,用于評(píng)估和調(diào)整生產(chǎn)技術(shù)參數(shù),對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可控性、真實(shí)性提供數(shù)據(jù)支撐。原稱(chēng)重系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)多年現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行后存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

1)各機(jī)組秤與中控室的數(shù)據(jù)傳輸是無(wú)線通訊方式,但是無(wú)線數(shù)據(jù)傳送及接收系統(tǒng)受環(huán)境干擾比較大,經(jīng)常出現(xiàn)亂碼,通訊信號(hào)不穩(wěn)定且抗干擾能力差,使得中控室的數(shù)據(jù)采集不完整,此缺陷現(xiàn)已成固有存在,導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法真實(shí)記錄,也無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo),影響公司各方數(shù)據(jù)評(píng)估。

2)現(xiàn)場(chǎng)使用的工控機(jī)因?yàn)槭褂脡勖^長(zhǎng),內(nèi)部電路板及芯片已經(jīng)老化,但由于初始建設(shè)時(shí)軟件是定制的,不具備兼容擴(kuò)展性能,限制了系統(tǒng)的升級(jí)改造,加之提供商維護(hù)服務(wù)響應(yīng)不及時(shí),且維護(hù)維修工作量大,在目前系統(tǒng)高故障率的情況下,累計(jì)故障維保成本高。

3)為保證稱(chēng)重準(zhǔn)確,減少誤差,各組秤都需要定期進(jìn)行標(biāo)定工作。但由于目前系統(tǒng)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)碼,導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定時(shí),需使用一定的稱(chēng)重物做標(biāo)準(zhǔn)碼,費(fèi)工且重復(fù)工作,嚴(yán)重制約了現(xiàn)場(chǎng)工作效率,增加了現(xiàn)場(chǎng)工作負(fù)擔(dān)，且標(biāo)定工作的一致性也無(wú)法保證，使誤差變量增多。4）此系統(tǒng)使用年限已久，且因?yàn)橹敖ㄔ旆胶同F(xiàn)在維護(hù)方非同一家單位，在維保上一直溝通不暢，維護(hù)保養(yǎng)成本漸高，備件也購(gòu)置困難，不能有效保障系統(tǒng)得到妥善維護(hù)， 使其故障率無(wú)法得到降低。 以上各方面原因?qū)φＩa(chǎn)造成很大影響，亟待對(duì)原有稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.原稱(chēng)重系統(tǒng)方案構(gòu)成

原稱(chēng)重儀表有以下 5 組：1）常規(guī)陽(yáng)極秤。 Yamato 稱(chēng)重儀表型號(hào)為 EDI-700，2 個(gè)傳感器，稱(chēng)重范圍為178~398 kg，平均值 354 kg。 2）常規(guī)殘極秤。 Yamato稱(chēng)重儀表型號(hào)為 EDI-710，2 個(gè)傳感器，稱(chēng)重范圍為472~1 096 kg，平均值 851 kg。 3）常規(guī)電銅秤。 Yamato稱(chēng)重儀表型號(hào)為 EDI-710，2 個(gè)傳感器，稱(chēng)重范圍為2 565~2 955 kg，平均值 2 699 kg。 4）PC 殘極秤 。 Yamato 稱(chēng)重儀表型號(hào)為 EDI-710，2 個(gè)傳感器，稱(chēng)重范圍為 340~1 239 kg，平均值 913 kg。 5）PC 陽(yáng)極秤。 Yamato 稱(chēng)重儀表型號(hào)為 EDI-700，2 個(gè)傳感器 ， 稱(chēng)重范圍為 342~425 kg，平均值 376 kg。

每組秤工位上配備工控機(jī)采集并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)稱(chēng)量數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)記錄；再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式將各組秤的數(shù)據(jù)發(fā)送至中控室，進(jìn)行統(tǒng)一匯總記錄，便于公司層面進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控以及生產(chǎn)管理等工作。

3.稱(chēng)重系統(tǒng)改造方案

此次改造要解決原稱(chēng)重系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式通信不穩(wěn)定，抗干擾能力差等問(wèn)題。 新系統(tǒng)要能真實(shí)反映生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并能生成日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)，并可對(duì)報(bào)表進(jìn)行有效、可查詢(xún)管理；保證稱(chēng)重準(zhǔn)確,減少誤差,

降低各組秤定期進(jìn)行標(biāo)定工作頻次，可實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù),并對(duì)生產(chǎn)控制程序可視化。 鑒于上述要求對(duì)改造方案進(jìn)行了比選討論,各改造方案對(duì)比見(jiàn)表 1。

表 1  稱(chēng)重系統(tǒng)改造方案對(duì)比

根據(jù)改造要求，選擇了利用原稱(chēng)重傳感器，并選用有線通訊的改造方案，采用各就地秤分別稱(chēng)量及就地顯示、通過(guò)以太網(wǎng)的光纖通訊、由中控室服務(wù)器集中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析等操作。 采用哈帝（HADY） 的稱(chēng)重控制器 HI 4050 -PMWS -ACW - N1-DN-DIO-N4，通過(guò)接線盒將現(xiàn)場(chǎng)的稱(chēng)重傳感器信號(hào)進(jìn)行采集、計(jì)算，再通過(guò)設(shè)備網(wǎng)（DEVICENET）與電解 AB PLC 進(jìn)行通訊。 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在 PLC 控制器中完成，統(tǒng)計(jì)結(jié)果通過(guò)以太網(wǎng)傳輸（OPC 協(xié)議）至管理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存（采用 ACCESS 數(shù)據(jù)庫(kù)），并用EXCEL生成管理報(bào)表。 為了節(jié)約成本，現(xiàn)場(chǎng)不單獨(dú)設(shè)置觸摸屏，工藝操作人員可以通過(guò)稱(chēng)重儀面板監(jiān)控當(dāng)前實(shí)際重量數(shù)據(jù)。 該方案具體使用到的硬件或者軟件產(chǎn)品描述如下。 1）各就地秤：2 個(gè)傳感器（Hardy 品牌）+控制儀表（內(nèi)置設(shè)備網(wǎng)接口）；2）中控室：PLC（AB）+工控機(jī)+軟件（AB）+光纖交換機(jī)。

4.改造后稱(chēng)重系統(tǒng)方案性能

4.1Devicenet 的優(yōu)越性能

Devicenet 是一種基于 CAN 技術(shù)的開(kāi)放型 ，符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。 其優(yōu)越性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1） 便捷的設(shè)計(jì)及使用。 Devicenet 提高了設(shè)計(jì)的彈性，通過(guò)提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的能力提供了無(wú)限制的 IO 端口，同時(shí)還提供互操作性和即插即用的能力。2 ） 改善的過(guò)程數(shù)據(jù)管理。 Devicenet 支持對(duì)等（Peer-to-Peer）或主/從（Master/ Slave）管理；作為一個(gè)快速響應(yīng)處理元的結(jié)果，提高了吞吐量和可重復(fù)性，在診斷中可延長(zhǎng)定期檢修的間隔周期。 3）降低安裝成本。 Devicenet 簡(jiǎn)化了配線，避免了潛在的錯(cuò)誤點(diǎn)，減少了勞動(dòng)力資源，節(jié)省了安裝空間。

4.2歷史數(shù)據(jù)記錄及分析軟件性能

FactoryTalk Historian 軟件是羅克韋爾專(zhuān)業(yè)的歷史數(shù)據(jù)記錄及分析軟件，包括數(shù)據(jù)采集、創(chuàng)建報(bào)表、查看報(bào)表等功能，通過(guò)這些功能可以智能地、自定義地提供完整的生產(chǎn)報(bào)表，供工廠管理決策者使用、分析。

4.3稱(chēng)重秤系統(tǒng)性能

國(guó)品牌 Hardy 稱(chēng)重系統(tǒng)具備如下典型的性能，可以很大地提高現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試以及日后的維護(hù)效率：1）C2○R第二代電子標(biāo)定技術(shù)對(duì)稱(chēng)重系統(tǒng)電子校準(zhǔn)，

能立刻知道稱(chēng)量系統(tǒng)是否處于健康狀態(tài)， 既不用去掉稱(chēng)量系統(tǒng)中已有的物料，不需要使用沉重的砝碼，也不需要將砝碼從稱(chēng)重系統(tǒng)上重復(fù)地搬上搬下來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。 2）C2○R電子標(biāo)定可以用于稱(chēng)重系統(tǒng)安裝后和日常的校驗(yàn)維護(hù)。 為了達(dá)到可信賴(lài)的標(biāo)定，C2○R應(yīng)用了傳感器滿(mǎn)量程的標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)僅需按一下按鈕，因此 C2○R標(biāo)定永遠(yuǎn)優(yōu)于傳感器非線性的誤差。 3）C2○R在產(chǎn)品出廠前，每一個(gè)傳感器都經(jīng)過(guò)測(cè)試并把所有的標(biāo)定數(shù)據(jù)、補(bǔ)償?shù)葏?shù)儲(chǔ)存在芯片中并安裝在傳感器內(nèi)。 所有儀表都經(jīng)過(guò)相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試和儲(chǔ)存，當(dāng)儀表連接到傳感器時(shí)，只要按一下標(biāo)定按鈕，儀表就會(huì)讀出每只傳感器上的標(biāo)定數(shù)據(jù)并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，完成標(biāo)定。

4.4綜合診斷專(zhuān)家（IT）

IT 提供了一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部診斷技術(shù)，讓用戶(hù)自己通過(guò)系統(tǒng)的內(nèi)部診斷來(lái)充當(dāng)故障檢察員，從而減少了檢修費(fèi)用，不需要費(fèi)用昂貴的“稱(chēng)重專(zhuān)家”來(lái)診斷故障。 可連續(xù)監(jiān)視稱(chēng)重傳感器的激勵(lì)電流的開(kāi)路或閉路狀態(tài)和儀表到接線盒的線路損壞狀態(tài)，通報(bào)儀表的激勵(lì)電流的變化狀態(tài)。

4.5 數(shù)據(jù)采集以及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性能

受限于原有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊的不穩(wěn)定性，改造方案中特采用工業(yè)交換機(jī)光纖通訊技術(shù)，一方面解決網(wǎng)絡(luò)通訊距離的問(wèn)題；另一方面提高通訊的穩(wěn)定性能，使得網(wǎng)絡(luò)的通訊好壞可視化，通過(guò)硬接線光纖進(jìn)行保障，也易于維護(hù)。 Hardy 稱(chēng)重系統(tǒng)可以靈活地與采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊，將儀表的數(shù)據(jù)及時(shí)便捷地傳送至中控采集系統(tǒng)，支持的網(wǎng)絡(luò)非常豐富。

4.6上位軟件強(qiáng)大的庫(kù)管理功能

改造后的智能報(bào)表軟件為生產(chǎn)管理提供大量數(shù)據(jù)信息，可按時(shí)間、配方等生產(chǎn)班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)等統(tǒng)計(jì)及打印功能；同時(shí)提供兩種用戶(hù)自定義報(bào)表組件，一種是采用報(bào)表進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，另外一種是把數(shù)據(jù)無(wú)縫嵌入到 EXCEL 報(bào)表中。

5.結(jié)束語(yǔ)

改造后的稱(chēng)重控制系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、通訊技術(shù)、稱(chēng)重技術(shù)為一體，其控制功能完善，顯示、操作集中，數(shù)據(jù)處理方便，安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)便于擴(kuò)展。 在結(jié)構(gòu)上解決了計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的“危險(xiǎn)集中”的問(wèn)題，做到“管理集中危險(xiǎn)分散”。

在投入成本上，選用 HADY 稱(chēng)重儀表，采用Devicenet通訊電纜及光纖通訊，在原生產(chǎn)運(yùn)行 AB 品牌的PLC機(jī)架上擴(kuò)展通訊模塊，降低了資金投入，大幅控制成本。 VIEW32 上位軟件提供智能報(bào)表軟件功能，為生產(chǎn)提供了大量數(shù)據(jù)信息， 并將信息應(yīng)用于生產(chǎn)管理，系統(tǒng)可與其他管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，滿(mǎn)足深層次的數(shù)據(jù)分析要求。 基于 Devicenet 網(wǎng)絡(luò)的稱(chēng)重控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效地滿(mǎn)足了在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中的使用。