基于 Devicenet 稱重數(shù)據(jù)傳輸及實時監(jiān)控系統(tǒng)

電解機組秤原有稱重數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)是利用儀表稱重采集數(shù)據(jù)，通過觸摸屏數(shù)據(jù)經(jīng)無線電臺發(fā)送至工控機接收。 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，并通過光纖通訊至監(jiān)控系統(tǒng)，用于分析和評估生產(chǎn)信息。 該系統(tǒng)投運后，節(jié)約了大量購置硬件費用及系統(tǒng)和設(shè)備維護費用，取得了較好效果。

1問題的提出

某企業(yè)電解機組秤原有稱重數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)是利用儀表稱重采集數(shù)據(jù),通過觸摸屏數(shù)據(jù)經(jīng)無線電臺發(fā)送至工控機接收。該系統(tǒng)對現(xiàn)場機組數(shù)據(jù)進行采集和分析,用于評估和調(diào)整生產(chǎn)技術(shù)參數(shù),對生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可控性、真實性提供數(shù)據(jù)支撐。原稱重系統(tǒng)在經(jīng)過多年現(xiàn)場運行后存在以下幾個方面的問題:

1)各機組秤與中控室的數(shù)據(jù)傳輸是無線通訊方式,但是無線數(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)無法真實記錄,也無法準確計算生產(chǎn)技術(shù)指標,影響公司各方數(shù)據(jù)評估。

2)現(xiàn)場使用的工控機因為使用壽命較長,內(nèi)部電路板及芯片已經(jīng)老化,但由于初始建設(shè)時軟件是定制的,不具備兼容擴展性能,限制了系統(tǒng)的升級改造,加之提供商維護服務(wù)響應(yīng)不及時,且維護維修工作量大,在目前系統(tǒng)高故障率的情況下,累計故障維保成本高。

3)為保證稱重準確,減少誤差,各組秤都需要定期進行標定工作。但由于目前系統(tǒng)沒有標準碼,導(dǎo)致現(xiàn)場標定時,需使用一定的稱重物做標準碼,費工且重復(fù)工作,嚴重制約了現(xiàn)場工作效率,增加了現(xiàn)場工作負擔，且標定工作的一致性也無法保證，使誤差變量增多。4）此系統(tǒng)使用年限已久，且因為之前建造方和現(xiàn)在維護方非同一家單位，在維保上一直溝通不暢，維護保養(yǎng)成本漸高，備件也購置困難，不能有效保障系統(tǒng)得到妥善維護， 使其故障率無法得到降低。 以上各方面原因?qū)φＩa(chǎn)造成很大影響，亟待對原有稱重數(shù)據(jù)傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)進行改造。

2.原稱重系統(tǒng)方案構(gòu)成

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

每組秤工位上配備工控機采集并監(jiān)控現(xiàn)場稱量數(shù)據(jù)，同時進行歷史數(shù)據(jù)記錄；再通過無線網(wǎng)絡(luò)的方式將各組秤的數(shù)據(jù)發(fā)送至中控室，進行統(tǒng)一匯總記錄，便于公司層面進行生產(chǎn)監(jiān)控以及生產(chǎn)管理等工作。

3.稱重系統(tǒng)改造方案

此次改造要解決原稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式通信不穩(wěn)定，抗干擾能力差等問題。 新系統(tǒng)要能真實反映生產(chǎn)實時數(shù)據(jù),并能生成日報、周報、月報，并可對報表進行有效、可查詢管理；保證稱重準確,減少誤差,

降低各組秤定期進行標定工作頻次，可實時監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù),并對生產(chǎn)控制程序可視化。 鑒于上述要求對改造方案進行了比選討論,各改造方案對比見表 1。

表 1  稱重系統(tǒng)改造方案對比

根據(jù)改造要求，選擇了利用原稱重傳感器，并選用有線通訊的改造方案，采用各就地秤分別稱量及就地顯示、通過以太網(wǎng)的光纖通訊、由中控室服務(wù)器集中進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析等操作。 采用哈帝（HADY） 的稱重控制器 HI 4050 -PMWS -ACW - N1-DN-DIO-N4，通過接線盒將現(xiàn)場的稱重傳感器信號進行采集、計算，再通過設(shè)備網(wǎng)（DEVICENET）與電解 AB PLC 進行通訊。 數(shù)據(jù)統(tǒng)計在 PLC 控制器中完成，統(tǒng)計結(jié)果通過以太網(wǎng)傳輸（OPC 協(xié)議）至管理機進行數(shù)據(jù)儲存（采用 ACCESS 數(shù)據(jù)庫），并用EXCEL生成管理報表。 為了節(jié)約成本，現(xiàn)場不單獨設(shè)置觸摸屏，工藝操作人員可以通過稱重儀面板監(jiān)控當前實際重量數(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+軟件（AB）+光纖交換機。

4.改造后稱重系統(tǒng)方案性能

4.1Devicenet 的優(yōu)越性能

Devicenet 是一種基于 CAN 技術(shù)的開放型 ，符合全球工業(yè)標準的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。 其優(yōu)越性表現(xiàn)在以下幾個方面：1） 便捷的設(shè)計及使用。 Devicenet 提高了設(shè)計的彈性，通過提供網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的能力提供了無限制的 IO 端口，同時還提供互操作性和即插即用的能力。2 ） 改善的過程數(shù)據(jù)管理。 Devicenet 支持對等（Peer-to-Peer）或主/從（Master/ Slave）管理；作為一個快速響應(yīng)處理元的結(jié)果，提高了吞吐量和可重復(fù)性，在診斷中可延長定期檢修的間隔周期。 3）降低安裝成本。 Devicenet 簡化了配線，避免了潛在的錯誤點，減少了勞動力資源，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)建報表、查看報表等功能，通過這些功能可以智能地、自定義地提供完整的生產(chǎn)報表，供工廠管理決策者使用、分析。

4.3稱重秤系統(tǒng)性能

國品牌 Hardy 稱重系統(tǒng)具備如下典型的性能，可以很大地提高現(xiàn)場的調(diào)試以及日后的維護效率：1）C2○R第二代電子標定技術(shù)對稱重系統(tǒng)電子校準，

能立刻知道稱量系統(tǒng)是否處于健康狀態(tài)， 既不用去掉稱量系統(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重系統(tǒng)上重復(fù)地搬上搬下來進行標定。 2）C2○R電子標定可以用于稱重系統(tǒng)安裝后和日常的校驗維護。 為了達到可信賴的標定，C2○R應(yīng)用了傳感器滿量程的標定，標定時僅需按一下按鈕，因此 C2○R標定永遠優(yōu)于傳感器非線性的誤差。 3）C2○R在產(chǎn)品出廠前，每一個傳感器都經(jīng)過測試并把所有的標定數(shù)據(jù)、補償?shù)葏?shù)儲存在芯片中并安裝在傳感器內(nèi)。 所有儀表都經(jīng)過相對應(yīng)的標準進行測試和儲存，當儀表連接到傳感器時，只要按一下標定按鈕，儀表就會讀出每只傳感器上的標定數(shù)據(jù)并自動進行數(shù)學(xué)運算，完成標定。

4.4綜合診斷專家（IT）

IT 提供了一個系統(tǒng)的內(nèi)部診斷技術(shù)，讓用戶自己通過系統(tǒng)的內(nèi)部診斷來充當故障檢察員，從而減少了檢修費用，不需要費用昂貴的“稱重專家”來診斷故障。 可連續(xù)監(jiān)視稱重傳感器的激勵電流的開路或閉路狀態(tài)和儀表到接線盒的線路損壞狀態(tài)，通報儀表的激勵電流的變化狀態(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)交換機光纖通訊技術(shù)，一方面解決網(wǎng)絡(luò)通訊距離的問題；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，通過硬接線光纖進行保障，也易于維護。 Hardy 稱重系統(tǒng)可以靈活地與采集系統(tǒng)進行通訊，將儀表的數(shù)據(jù)及時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上位軟件強大的庫管理功能

改造后的智能報表軟件為生產(chǎn)管理提供大量數(shù)據(jù)信息，可按時間、配方等生產(chǎn)班報、日報、月報和年報等統(tǒng)計及打印功能；同時提供兩種用戶自定義報表組件，一種是采用報表進行二次設(shè)計，另外一種是把數(shù)據(jù)無縫嵌入到 EXCEL 報表中。

5.結(jié)束語

改造后的稱重控制系統(tǒng)融合了計算機技術(shù)、自動控制、通訊技術(shù)、稱重技術(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、維護簡單，系統(tǒng)便于擴展。 在結(jié)構(gòu)上解決了計算機集中控制系統(tǒng)的“危險集中”的問題，做到“管理集中危險分散”。

在投入成本上，選用 HADY 稱重儀表，采用Devicenet通訊電纜及光纖通訊，在原生產(chǎn)運行 AB 品牌的PLC機架上擴展通訊模塊，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)進行數(shù)據(jù)交互，滿足深層次的數(shù)據(jù)分析要求。 基于 Devicenet 網(wǎng)絡(luò)的稱重控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效地滿足了在連續(xù)生產(chǎn)過程中的使用。