基于 Devicenet 稱重數據傳輸及實時監控系統

電解機組秤原有稱重數據傳輸及監控系統是利用儀表稱重采集數據，通過觸摸屏數據經無線電臺發送至工控機接收。 鑒于這種數據傳輸方式通信不穩定，抗干擾能力差，系統改造采用 Devicenet 網

絡通訊至 PLC，并通過光纖通訊至監控系統，用于分析和評估生產信息。 該系統投運后，節約了大量購置硬件費用及系統和設備維護費用，取得了較好效果。

1問題的提出

某企業電解機組秤原有稱重數據傳輸及監控系統是利用儀表稱重采集數據,通過觸摸屏數據經無線電臺發送至工控機接收。該系統對現場機組數據進行采集和分析,用于評估和調整生產技術參數,對生產的穩定性、可控性、真實性提供數據支撐。原稱重系統在經過多年現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據傳輸是無線通訊方式,但是無線數據傳送及接收系統受環境干擾比較大,經常出現亂碼,通訊信號不穩定且抗干擾能力差,使得中控室的數據采集不完整,此缺陷現已成固有存在,導致生產數據無法真實記錄,也無法準確計算生產技術指標,影響公司各方數據評估。

2)現場使用的工控機因為使用壽命較長,內部電路板及芯片已經老化,但由于初始建設時軟件是定制的,不具備兼容擴展性能,限制了系統的升級改造,加之提供商維護服務響應不及時,且維護維修工作量大,在目前系統高故障率的情況下,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。但由于目前系統沒有標準碼,導致現場標定時,需使用一定的稱重物做標準碼,費工且重復工作,嚴重制約了現場工作效率,增加了現場工作負擔，且標定工作的一致性也無法保證，使誤差變量增多。4）此系統使用年限已久，且因為之前建造方和現在維護方非同一家單位，在維保上一直溝通不暢，維護保養成本漸高，備件也購置困難，不能有效保障系統得到妥善維護， 使其故障率無法得到降低。 以上各方面原因對正常生產造成很大影響，亟待對原有稱重數據傳輸及監控系統進行改造。

2.原稱重系統方案構成

原稱重儀表有以下 5 組：1）常規陽極秤。 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控現場稱量數據，同時進行歷史數據記錄；再通過無線網絡的方式將各組秤的數據發送至中控室，進行統一匯總記錄，便于公司層面進行生產監控以及生產管理等工作。

3.稱重系統改造方案

此次改造要解決原稱重系統數據傳輸方式通信不穩定，抗干擾能力差等問題。 新系統要能真實反映生產實時數據,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，可實時監控生產數據,并對生產控制程序可視化。 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  稱重系統改造方案對比

根據改造要求，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、通過以太網的光纖通訊、由中控室服務器集中進行數據采集、監控、分析等操作。 采用哈帝（HADY） 的稱重控制器 HI 4050 -PMWS -ACW - N1-DN-DIO-N4，通過接線盒將現場的稱重傳感器信號進行采集、計算，再通過設備網（DEVICENET）與電解 AB PLC 進行通訊。 數據統計在 PLC 控制器中完成，統計結果通過以太網傳輸（OPC 協議）至管理機進行數據儲存（采用 ACCESS 數據庫），并用EXCEL生成管理報表。 為了節約成本，現場不單獨設置觸摸屏，工藝操作人員可以通過稱重儀面板監控當前實際重量數據。 該方案具體使用到的硬件或者軟件產品描述如下。 1）各就地秤：2 個傳感器（Hardy 品牌）+控制儀表（內置設備網接口）；2）中控室：PLC（AB）+工控機+軟件（AB）+光纖交換機。

4.改造后稱重系統方案性能

4.1Devicenet 的優越性能

Devicenet 是一種基于 CAN 技術的開放型 ，符合全球工業標準的低成本、高性能的通信網絡。 其優越性表現在以下幾個方面：1） 便捷的設計及使用。 Devicenet 提高了設計的彈性，通過提供網絡數據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 ） 改善的過程數據管理。 Devicenet 支持對等（Peer-to-Peer）或主/從（Master/ Slave）管理；作為一個快速響應處理元的結果，提高了吞吐量和可重復性，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，節省了安裝空間。

4.2歷史數據記錄及分析軟件性能

FactoryTalk Historian 軟件是羅克韋爾專業的歷史數據記錄及分析軟件，包括數據采集、創建報表、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報表，供工廠管理決策者使用、分析。

4.3稱重秤系統性能

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

能立刻知道稱量系統是否處于健康狀態， 既不用去掉稱量系統中已有的物料，不需要使用沉重的砝碼，也不需要將砝碼從稱重系統上重復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安裝后和日常的校驗維護。 為了達到可信賴的標定，C2○R應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標定永遠優于傳感器非線性的誤差。 3）C2○R在產品出廠前，每一個傳感器都經過測試并把所有的標定數據、補償等參數儲存在芯片中并安裝在傳感器內。 所有儀表都經過相對應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據并自動進行數學運算，完成標定。

4.4綜合診斷專家（IT）

IT 提供了一個系統的內部診斷技術，讓用戶自己通過系統的內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。 可連續監視稱重傳感器的激勵電流的開路或閉路狀態和儀表到接線盒的線路損壞狀態，通報儀表的激勵電流的變化狀態。

4.5 數據采集以及網絡穩定性能

受限于原有無線網絡通訊的不穩定性，改造方案中特采用工業交換機光纖通訊技術，一方面解決網絡通訊距離的問題；另一方面提高通訊的穩定性能，使得網絡的通訊好壞可視化，通過硬接線光纖進行保障，也易于維護。 Hardy 稱重系統可以靈活地與采集系統進行通訊，將儀表的數據及時便捷地傳送至中控采集系統，支持的網絡非常豐富。

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管理提供大量數據信息，可按時間、配方等生產班報、日報、月報和年報等統計及打印功能；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計，另外一種是把數據無縫嵌入到 EXCEL 報表中。

5.結束語

改造后的稱重控制系統融合了計算機技術、自動控制、通訊技術、稱重技術為一體，其控制功能完善，顯示、操作集中，數據處理方便，安裝、維護簡單，系統便于擴展。 在結構上解決了計算機集中控制系統的“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，為生產提供了大量數據信息， 并將信息應用于生產管理，系統可與其他管理系統進行數據交互，滿足深層次的數據分析要求。 基于 Devicenet 網絡的稱重控制系統穩定、可靠、有效地滿足了在連續生產過程中的使用。