1 Device Net現(xiàn)場總線

Device Net是一種基于IEC標準的、開放式的設備層現(xiàn)場總線，是工業(yè)控制網(wǎng)的底層網(wǎng)絡。它是由美國羅克韋爾自動化公司(Rockwell Automation)于1994年推出的建立在CAN總線基礎上的一種低成本、高性能的設備級現(xiàn)場總線[1‘3J，具有開放、高效率、實時性好與靈活性強等優(yōu)點。Device Net將基本工業(yè)設備如開關、傳感器、變頻器和電動機等連接到網(wǎng)絡，簡化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)昂貴、繁瑣且技術含量低的布線工作量，節(jié)省了硬接線，使其系統(tǒng)檢測和控制單元的分布更趨合理。

一個完整的DeviceNet現(xiàn)場總線由主控器、現(xiàn)場輸入輸出模塊、線纜及網(wǎng)絡附件和帶有DeviceNet接口的現(xiàn)場裝置等幾部分組成。由于DeviceNet現(xiàn)場總線具有結構簡單、通訊方式靈活且可以直接和低端通訊設備相連接的優(yōu)點，從而在工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛的應用。

2 制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結構總體設計及控制流程

2.1 制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結構總體設計

制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)由中央控制PLC、觸摸屏、紅外測溫儀、壓力傳感器、編碼器、可控硅電力調整器、變頻器、管材絕對探傷檢測儀器和相應的低壓電器元件等組成，其中變頻器部分選用美國羅克韋爾自動化公司的全數(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)絡連接，PLC和PanelView Plus的觸摸屏之間采用EtherNet網(wǎng)絡連接，從而構成3級控制網(wǎng)絡。制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構見圖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部分、釬焊機部分和牽引機部分。

2.2.1 成型機部分

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

2.2.2 釬焊機部分

釬焊機部分的控制主要是通過對影響雙層卷焊管層間結合率的釬焊溫度的控制來實現(xiàn)的，其設備組成包括紅外測溫儀、PLC和觸摸屏。在實際生產(chǎn)中，通過PLC編譯相應程序后，操作人員只需要在觸摸屏上事先設定好工藝參數(shù)，通過啟動相應按鈕就可實現(xiàn)對釬焊溫度的控制。其具體工作原理為：系統(tǒng)通過測溫儀將檢測到的溫度信號轉換成4mA～20mA的電

流信號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傳輸?shù)娇煽毓桦娏φ{整器的控制端，從而通過可控硅的調節(jié)使釬焊溫度自動達到設定的溫度，另一方面將輸出信號傳輸?shù)接|摸屏，直接顯示管材溫度。

2.2.3 牽引機部分

由于雙層卷焊管生產(chǎn)線是連續(xù)生產(chǎn)線，生產(chǎn)線長，因此為保證管材在生產(chǎn)過程中的運行速度及高度，引入牽引機。牽引機的傳動系統(tǒng)由變頻電機、變頻器、PLC、編碼器、觸摸屏組成。其控制原理為：編碼器將檢測到的速度脈沖信號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，通過調節(jié)變頻器的頻率來控制變頻電機的速度，使生產(chǎn)線管材運行速度自動達到設定速度并保持穩(wěn)定。在實際操作中，操作人員只需在觸摸屏上設定工藝規(guī)定的速度，當生產(chǎn)線啟動后，即使電網(wǎng)電壓波動，其速度也會通過傳動系統(tǒng)的自動調節(jié)將其速度精度控制在1％左右。

3 Device Net現(xiàn)場總線在制管生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應用

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，并結合生產(chǎn)線的控制要求，對制管電氣系統(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溫傳感器檢測，實行閉環(huán)控制，PID調節(jié)，控制精度在2％以內；通過兩對光電開關，實現(xiàn)了鋼管運行高度的穩(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個獨立的任務和15個優(yōu)先級，通過ControlNet網(wǎng)絡，實現(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，由于采用“清除名單法”的技術，具有占用內存空間小的優(yōu)勢；且采用光電隔離，使所有的輸入輸出電路都能防止信號過載、瞬變和浪涌沖擊。

3.2 PLC控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是對主傳動系統(tǒng)的速度和張力協(xié)調控制、各種連鎖控制、溫度閉環(huán)控制、電動閥電磁閥控制、釬焊爐內溫度PID調節(jié)、渦流探傷打點的時間及間隔時間控制等方面進行協(xié)調，從而保證各模塊的正常運行。

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、性價比高等特點，廣泛應用于三相感應電動機的控制。它具有標準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功率模塊和高級的控制算法，可以提供任何速度下的平穩(wěn)性能、超常轉矩，從而保證電動機低噪聲、高效率運行。Power-Flex變頻器調速范圍為l 000：l，調速精度最高可達±0．001％，轉矩調整率為2％；無編碼器時調速精度也可達到±0．5％，調速范圍達120：1，轉矩調整率為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器通訊的功能。

4 結束語

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