基于Ethernet/IP的全自動立式壓濾機控制系統設計

劉彥偉，趙龍錄，耿 欣，姚福江

LIU Yan-wei, ZHAO Long-lu, GENG Xin, YAO Fu-jiang

（山東煤機裝備集團公司，泰安 271000）

0 引言

壓濾機是以固體、液體分離為目的的設備，廣泛應用在礦山、石油、化工、建材、制藥等行業，其中隔膜立式壓濾機由于具有占地面積小、濾餅水分低、可在線清洗濾布、洗滌效率高等優點，獲得廣泛研究及應用。目前國際主要壓濾機廠商的產品已實現入料過濾、隔膜擠壓、濾餅洗滌、吹風干燥、卸料和濾布在線清洗等全過程的自動化。我國自20世紀90年代開始生產壓濾機，2009年研制出國內第一臺液壓傳動立式全自動隔膜立式壓濾機。

由于全自動立式壓濾機需要控制濾板合攏、驅動卸餅、濾布糾偏和閥門泵類等執行機構，集電氣、儀表、液壓和氣動控制為一體，I/O點種類繁多且分散，因此控制系統是全自動立式壓濾機的重要組成部分，對設備的性能和可靠性至關重要。

為促進國產立式壓濾機的升級換代，以更好地替代進口產品，需要設計一套全新的高性能、高可靠性、高性價比、操作簡單的控制系統。

1 系統設計

1.1 系統結構

圖1 立式壓濾機控制系統結構圖

一臺立式壓濾機的控制及執行元件包括液壓站、擠壓水站、動力站、限位開關、編碼器等，200多個I/O點，且比較分散，不宜采取集中控制的方式。因此，本系統采用PLC+遠程I/O分站的結構，既可以減少線纜用量，又具有良好的擴展性，同時減少因布線不規范可能導致的信號干擾。系統結構如圖1所示，PLC與遠程I/O分站、HMI之間采用Ethernet/IP工業以太網傳輸數據。

1.2 模塊選型

1）主控制柜P L C選用A B公司的1769 CompactLogix系列。CompactLogix平臺在較小的體積中集成了高性能和Logix平臺的優勢，具有通用的編程環境、通用的網絡、通用的控制引擎，內置16路DI、16路DO，集成了Ethernet/IP和RS232通訊端口，非常適合中小型設備級控制應用。

2）遠程I/O分站選用1734 AENT+1734 POINT I/O。1734 AENT是Ethernet/IP通信模塊，提供I/O與PLC之間的通訊接口；所選用的1734 POINT I/O包括：數字量輸入模塊1734-IB8，數字量輸入模塊1734-OB8，模擬量輸入模塊1734-IE2C，模擬量輸出模塊1734-OE2C，高速計數模塊1734-IK，所有模塊均采用模塊式設計，結構緊湊，可帶電插拔。

3）HMI采用PanelView Plus1000觸摸屏，PanelView Plus 1000是AB公司的10.4寸TFT彩色觸摸屏，內置Ethernet和RS232接口，可擴展通信模塊和內存。

1.3 系統特點

與已有的其他方案相比，本系統具有以下特點：

1）本系統具有良好的擴展性，只需增加1734 AENT模塊，即可增加遠程I/O分站。

2）所采用I/O模塊可帶電插拔，在模塊故障時可不停機更換模塊，縮短故障排除時間。

3）與國內廣泛使用的Profibus DP相比，Profibus DP是基于RS485串行總線的通訊協議，最大傳輸速率為12Mbps，傳輸方式為半工；而Ethernet/IP工業以太網是基于IEEE 802.3的通訊總線，最大傳輸速率100Mbps，傳輸方式為全雙工。Ehternet/IP在通訊速率、IO響應時間、抗干擾能力等方面明顯優于Profibus DP，而且可實現星型、環網等多種網絡拓撲，易于維護和排查故障。

4）與其他工業以太網相比，Ethernet/IP采用標準的未經修改的TCP/IP協議，在應用層封裝了CIP協議，無需任何專用設備即可無縫接入企業的SCADA、ERP系統。

2 Ethernet/IP網絡配置

本系統采用的Ethernet/IP通信模塊包括PLC、1734-AENT，要在Ethernet/IP網絡上運行，必須定義IP地址、子網掩碼、網關等網絡參數。首次運行通過Rockwell Automation的BOOTP/DHCP軟件為各個模塊動態分配IP地址，然后綁定IP和MAC地址，具體IP地址分配如表1所示。

表1 Ethernet/IP網絡配置

系統采用RSLinx軟件管理整個Ethernet/IP網絡，如圖2所示。

圖2 RSLinx網絡管理

RSLinx具有多種網絡、本地工作站和DDE/OPC性能診斷工具，便于系統維護和故障維護，且提供了OPC、DDE接口，便于接入第三方的DCS系統。

3 軟件開發

3.1 PLC程序

1）PLC程序功能

PLC軟件采用RSLogix 5000 Studio開發，采用梯形圖和功能塊編程。根據立式壓濾機的工藝流程和控制要求，將PLC軟件劃分為8個子程序，分別實現單機實驗、手動、自動、輸出、板距接縫處理、模擬量處理、液壓回路和工藝參數功能，由主程序調用，如圖3所示。

圖3 子程序的調用

2）濾布接縫處理程序

為防止濾布接縫進入濾室導致噴料現象，必須采用高精度編碼器檢測檢測濾布接頭的位置，編碼器輸出的脈沖信號處理需要高速計數功能。經實驗優化后的位移檢測和脈沖信號處理程序如圖4所示，程序考慮了計數掉電記憶，以確保設備運行的連續性。

圖4 濾布接縫處理程序

3.2 HMI軟件

HMI軟件采用RSView Studio開發，包括主畫面、工藝探索、測試、參數設置、實時趨勢、報警信息等功能。

1）主畫面

【主畫面】可實時監控壓濾機的運行狀態和參數，如圖5所示。

圖5 主畫面

2）工藝探索

【工藝探索】顯示主機的過濾工藝和長/短程序工藝流程圖，如圖6所示。

圖6 工藝探索

3）測試畫面

【測試畫面】供安裝調試階段或排除故障使用，可完成“板框測試”或“閥門測試”。對液壓站、調偏結構、閥門、限位開關等進行測試和調整，如圖7所示。

圖7 測試畫面

4）參數設置

【參數設置】用于設置正常自動工作方式下壓濾機的工作參數，如圖8所示。

4 結束語

本系統已在山東煤機集團研制的10多臺立式壓濾機上投入運行，運行結果表明：

1）系統運行穩定，具有良好的人機界面和豐富的功能，操作簡單。

2）采用Ethernet/IP工業以太網簡化了現場布線，使系統具有良好的擴展性。

3）具有帶電插拔功能的I/O模塊，提高了系統的可靠性。

圖8 參數設置

4）該系統的應用將使國產立式壓濾機的控制系統性能達到國外同類產品水平，推動國產立式壓濾機替代進口產品。

[1]鄧李.ControlLogix系統實用手冊[M].北京:機械工業出版社,2008.2.

[2]鄧李.PAC編程基本教程[M].北京:機械工業出版社,2012.1.

[3]1769 CompactLogix 控制器用戶手冊[M].美國:羅克韋爾自動化公司,2012.

[4]EtherNet/IP 網絡配置用戶手冊[M].美國:羅克韋爾自動化公司,2012.