摘要：針對大豆分離蛋白生產工藝及要求， 設計了一套以ControlNet為主的包括羅克韋爾自動化NetLinx三層網絡的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括羅克韋爾自動化公司A-B品牌的4個ControlLogix機架、EtherNet、ControlNet、DeviceNet通信模塊、多個I/O模塊、多個變頻器和軟啟動器以及兩個操作站等。系統(tǒng)居國內大豆精深加工行業(yè)技術的領先地位，達到了國際先進水平，使企業(yè)的生產水平及產品質量和國外著名企業(yè)形成同等競爭優(yōu)勢，為企業(yè)帶來了巨大的經濟效益。 關鍵詞：ControlNet ControlLogix 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 一、引言 大豆分離蛋白的生產工藝復雜、質量控制要求嚴格。我國現(xiàn)有的絕大部分大豆分離蛋白生產線工藝設備落后，生產過程控制水平低下，因而產品質量不高，無法形成競爭優(yōu)勢。2000年哈爾濱某大豆食品公司引進國外先進的工藝及關鍵生產設備，聯(lián)合國內有關單位設計了一套以ControlNet為主的包括羅克韋爾自動化NetLinx三層網絡的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，建成了一條具有我國自主知識產權的高質量現(xiàn)代化大豆分離蛋白自動控制生產線。 二、大豆分離蛋白生產工藝簡介 大豆分離蛋白工藝過程主要有以下幾道工序：（1）浸出工序，（2）酸沉分離工序，（3）中和工序，（4）閃蒸工序，（5）干燥工序。 整個生產車間分為濕區(qū)和干區(qū)。濕區(qū)完成浸出、酸沉分離及中和三道工序，工藝較復雜，檢測控制點較多，有溫度、流量、酸堿度等被控量，并要求對這些被控量進行實時監(jiān)測控制；干區(qū)完成閃蒸和干燥兩道工序，被控量主要是壓力和溫度，且生產中干區(qū)的壓力和溫度都較高，對工藝過程有嚴格的先后順序要求及互鎖要求，需要嚴格的安全保護。為提高控制系統(tǒng)的實時響應速度，保證控制系統(tǒng)的正常運行，要求對濕區(qū)和干區(qū)分別進行控制，并進行通信、相互協(xié)調。 大豆分離蛋白生產線生產的蛋白粉可作為多種食品的原料，其生產配方多達十幾種。在不同的配方工藝生產過程中，需要添加的組份種類不同、甚至配比也不同，而且生產過程的酸堿度、浸出酸沉溫度、老化溫度及時間、噴霧干燥壓力及溫度等也都各不相同，需要靈活方便的配方生產控制。 三、以ControlNet為主的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 針對生產線分散程度大、對實時控制及互鎖邏輯控制要求高、需要靈活方便的配方生產控制等特點，采用了以羅克韋爾自動化公司的ControlNet為主的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了大豆分離蛋白生產全過程的自動控制。系統(tǒng)能夠可靠有效地完成實時、精確的過程控制、順序邏輯控制、連鎖保護、參數報警、歷史記錄、趨勢圖、數據處理和打印報表等功能，并具有優(yōu)異的開放式網絡體系結構，擴展方便靈活、可靠性高。 系統(tǒng)以羅克韋爾自動化公司A-B品牌的ControlLogix系列產品為核心，包含NetLinx的所有三層網絡：信息層、控制層、設備層。信息層采用EtherNet，它主要連接兩個操作站計算機和ControlLogix控制器，實現(xiàn)計算機與控制器之間大量信息的高速交換，對生產過程進行監(jiān)控，并可用于組建企業(yè)信息網?？刂茖硬捎酶咚佟⒋_定性的ControlNet網絡，實現(xiàn)控制器之間的通信及對遠程擴展I/O的控制。設備層采用高效、低價的DeviceNet網絡，實現(xiàn)對底層現(xiàn)場設備的監(jiān)控。 系統(tǒng)中應用了4個ControlLogix機架：ControlLogix1至ControlLogix4。ControlLogix1至ControlLogix3主要用于對濕區(qū)的控制，ControlLogix4主要作為干區(qū)的控制單元。ControlLogix1機架中插有2個處理器模塊Logix5550，1個ControlNet通信模塊1756-CNBR，1個EtherNet通信模塊1756-ENET，1個DeviceNet掃描器模塊1756-DNB，多個1756 I/O模塊。ControlLogix2和ControlLogix3機架中各插有1個ControlNet通信模塊和多個I/O模塊，機架中沒有處理器，通過ControlNet通信模塊連接到ControlNet網絡上，作為ControlLogix1的遠程擴展I/O。ControlLogix1處理器控制本機架中的I/O模塊以及ControlLogix2和ControlLogix3的遠程擴展I/O模塊，并處理EtherNet、ControlNet以及DeviceNet網絡上的信息，其任務非常繁重，因此采用雙處理器熱備，以提高系統(tǒng)的可靠性。ControlLogix4作為干區(qū)的控制單元，機架上插有1個處理器模塊、1個ControlNet通信模塊及多個I/O模塊。其處理器完成對干區(qū)閃蒸和干燥兩道工序的控制，實現(xiàn)各工藝環(huán)節(jié)的邏輯控制、互鎖控制以及生產中過程量的實時控制，并通過ControlNet通信模塊與ControlLogix1處理器進行通信協(xié)調，以將生產信息實時傳輸到操作站1和操作站2。 ControlLogix1處理器通過DeviceNet掃描器控制DeviceNet網絡上連接的多個變頻器和軟啟動器，完成對現(xiàn)場電動機的驅動與控制。 本系統(tǒng)按照工藝要求采用PID和模糊控制等控制手段完成大豆分離蛋白生產線上設備的電氣自動控制、順序邏輯控制、儀表控制、回路調節(jié)等功能，并對工藝過程信息進行檢測、記錄及數據處理，實現(xiàn)設備運轉控制及工藝過程的自動調節(jié)、報警等，從而完成對整個生產過程的自動控制。系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地完成各項控制功能，各檢測點及控制點都能達到控制要求的檢測精度及控制精度，同時系統(tǒng)具有很強的抗干擾性，能夠在比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中正常工作。操作站1和操作站2由技術人員操作，分別監(jiān)控濕區(qū)和干區(qū)，并可實現(xiàn)生產過程監(jiān)控、數據處理以及報表打印等功能。兩年來系統(tǒng)的運行實踐表明，系統(tǒng)使生產產品完全達到了質量要求，使生產效率大幅度提高，節(jié)約了大量資源，有效提高了企業(yè)的經濟效益。專家對本系統(tǒng)評定后一致認為，本系統(tǒng)居國內大豆精深加工行業(yè)技術的領先地位，達到了國際先進水平。 四、ControlNet網絡組建與調試 大豆分離蛋白生產線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是以ControlNet網絡為主構成的，因此ControlNet網絡的組建與調試是至關重要的。ControlNet網絡組建的基本步驟如下： （1）網絡規(guī)劃：根據系統(tǒng)需要選擇節(jié)點、同軸電纜或光纖介質，進行合理布線規(guī)劃； （2）網絡介質測試與硬件設備連接：進行網絡介質測試，并將ControlNet網絡節(jié)點設備連接到網絡上； （3）節(jié)點預配置：ControlNet網絡的通信波特率為5Mbit/s ，每個網段最多允許有99個節(jié)點，且不允許有節(jié)點地址重復的設備，因此應當按照網絡規(guī)劃給設備分配節(jié)點地址，地址一般應連續(xù)，并且信息優(yōu)先級高的設備節(jié)點地址應當盡量小，以保證其信息及時傳送； （4）安裝和啟動羅克韋爾網絡組態(tài)工具軟件RSNetworx for ControlNet； （5）將編程終端連接到網絡上，并建立通信：在編程終端連接到網絡上之后，根據編程終端所使用的ControlNet通信板卡，在羅克韋爾通信軟件RSLinx下配置相應的ControlNet驅動程序 —— 1784-KTCX for ControlNet、1784-PCC for ControlNet或1784-PCIC（S） for ControlNet（該操作只能在在線模式下進行）； （6）配置ControlNet設備和網絡參數：ControlNet節(jié)點允許通過ControlNet網絡進行設備運行參數配置，如預定I/O數據傳輸、非預定數據傳輸及設備本身的運行參數（如變頻器的啟動方式、最大頻率及其它運行參數，軟起動器的啟動時間、啟動方式等）。通過掃描網絡上的處理器，RSNetworx for ControlNet軟件能計算出網絡的通信負載情況，并給出合理的網絡刷新時間，通過合理配置使網絡性能達到最優(yōu)化； （7）保存配置參數：將設備配置參數下載到節(jié)點設備和ControlNet Keeper中，并保存到網絡組態(tài)工具軟件的配置文件中（用于離線查看網絡信息或配置相同的網絡）。 在進行ContolNet網絡硬件安裝調試及網絡組態(tài)時應注意： （1）推薦選用羅克韋爾等公司的ControlNet網絡同軸電纜或光纖及連接組件（這可使硬件安裝大大簡化，并提高可靠性）； （2）網絡總線兩端應安裝正確的終端電阻（75Ω，可選配羅克韋爾等公司隨系統(tǒng)提供的標準終端電阻），在系統(tǒng)不連接任何節(jié)點時，測試同軸電纜兩信號線之間的電阻值應在35-40Ω； （3）合理設置最大預定節(jié)點地址Smax和最大未預定節(jié)點地址Umax，以減小網絡掃描時間，并應保證系統(tǒng)的可擴展性； （4）合理設置ControlNet的網絡刷新周期NUT，因NUT太小時會導致網絡負荷過大，系統(tǒng)響應變慢，NUT太大時可能導致實時數據不能及時傳輸。 五、結論 大豆分離蛋白現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的成功應用，不僅使企業(yè)的產品占領了國內市場并遠銷世界各地，給企業(yè)帶來了顯著的經濟效益，同時也產生了非常顯著的社會效益。它的應用大大提高了我國農業(yè)產品深加工領域的自動化水平，使我國大豆分離蛋白的生產水平和產品質量和國外著名企業(yè)形成同等競爭優(yōu)勢，推動了我國大豆及農產品深加工行業(yè)的發(fā)展，前景十分廣闊。 本系統(tǒng)在哈爾濱某大豆食品公司的大豆分離蛋白生產線上應用成功后，在社會上相關行業(yè)中影響很大。瑞士雀巢公司經過多方考察比較，最后決定在雙城雀巢奶粉生產線上采用同類系統(tǒng)?，F(xiàn)系統(tǒng)已投入運行，效果良好，使企業(yè)的生產自動化水平和生產能力大為提高，產品質量也有了明顯提高。 參考文獻 [1] 佟為明，林景波. 現(xiàn)場總線概述. 低壓電器, 2002, （4）：34-39 [2] ControlNet Specification, Release 2.0, including Errata 2, December 31, 1999, ©1998,1999 by ControlNet International [3] Rockwell Software. RSNetworx for ControlNet Getting Results. Jan 2000 [4] Rockwell Software. Getting Results with RSLogix5000. Jul 1998 作者簡介： 佟為明，男、1964年10月出生、博士、教授、博士生導師，哈爾濱工業(yè)大學網絡與電器研究所所長；《低壓電器》編委，中國電源學會理事，中國電源學會特種電源專委會委員；著作部分：發(fā)表論文90余篇；主要研究方向：現(xiàn)場總線，數字式繼電繼電保護測控裝置與系統(tǒng)，電磁兼容技術，變頻電源與諧波抑制。