ControlLogix 控制系統在焙燒多功能天車上的應用

李亞軍

（陜西美鑫陽極分公司，陜西銅川 727100）

0 引言

焙燒多功能天車承擔著鋁電解用炭塊陽極焙燒工序中炭塊輸送、裝爐、出爐、吸料、布填充料和移爐等作業，是陽極焙燒生產線上主要設備，其工作的可靠性對焙燒生產效率影響很大（圖1）。法國ECL 公司焙燒多功能天車的控制系統，其電氣控制采用AB 公司ControlLogix 控制系統，采用PLC、HMI（人機界面）、變頻器、軟啟動器等裝置進行控制，實現天車行走傳動單元、陽極提升機構傳動單元、吸卸料傳動單元、除塵冷卻系統以及安全連鎖保護等功能。

圖1 陽極焙燒多功能天車機組

1 ControlLogix 控制系統的組成及優點

（1）控制系統的組成。ControlLogix 控制系統一般由處理器、I/O 模塊及ControlNet 網絡、Flex I/O 等組成，適合于多種場合應用，控制系統除具有數字量、模擬量等基本信號處理模塊，還有各種網絡通訊模塊、專門的運動伺服控制模塊及相應的全套運動控制指令，為工業控制提供了非常靈活的控制方案。

（2）強大的控制器功能及控制方式。ControlLogix 控制系統可以執行多個控制任務，減少了系統對控制器的數量要求，多個周期性的任務可以在不同時刻觸發，完成復雜的控制任務。

（3）高效的背板總線控制方式。ControlLogix 控制系統的高性能在一定程度上歸功于其背板采用非常快捷的NetLinx 網絡。在這個網絡上，控制器不再作為控制系統的核心，在NetLinx網絡的協調下，無需控制器的介入，模板上所連接的任何一個設備都可以發出廣播信息，可以和任何一個設備進行通信，提高系統的帶寬和性能，減少了控制器資源的占用率，使得控制器可以更加高效地處理其他事務。

2 焙燒多功能天車控制系統硬件組成及網絡特性分析

2.1 ControlLogix 控制系統硬件組成及功能

焙燒多功能天車控制系統的1756-L55M12 處理器采用高速總線技術的背板機架作為各個模塊和控制器之間的數據交換，其控制系統硬件組成結構如圖2 所示：位于機架上的處理器模塊1756-L55M12 是整個控制系統的數據處理部件；位于機架上的數字量輸入模塊1756-IB32 用于接受DC 24 V 的數字量輸入信號，多功能天車的大部分機構限位和設備狀態檢測點（包括電氣機構）均通過這些輸入點傳遞給控制系統。位于機架上的數字量輸出模塊1756-OB32 是將各個執行指令驅動輸出到執行部件的輸出單元；位于機架上的控制系統網絡通信模塊1756-CNB，用于控制系統與全車其他各個傳動單元、人機界面、Flex I/O 模塊間的相互通信，它是整個ControlNet 網絡的組成部分，是實現各個執行機構（傳動單元）、操作指令之間數據交換的核心部件。

圖2 控制系統硬件組成

2.2 控制系統分析

從以上控制系統結構可知，控制系統的處理器單元是該控制系統的核心部件，實現輸入信號按預先設計程序進行運算后并通過網絡傳輸到各個執行機構。由于采用ControlNet 網絡結構，經過處理器單元處理過的執行指令有一部分經過NetLinx背板總線經由控制系統的1756-CNB 網絡通信模塊將執行指令由ControlNet 主干網絡傳送至各個傳動單元。另一部分通過輸出模塊來傳遞給相應的執行機構（設備）。位于駕駛室的Flex I/O模塊系統，主要用于采集各個操作指令，對于大小車運行及陽極雙聯夾具運行速度等傳動單元的速度控制采用滑阻器式無級調速，通過主令控制器將操作指令轉化為0～10 V 模擬量電壓信號，并通過模擬量輸入模塊1794-IE8 將其轉換為數字量信號，通過Flex I/O 系統的網絡適配器模塊1794-ACN15 與Control-Net 網絡相連，這樣位于變頻器側的網絡適配器會讀取到該數據，從而執行相應的輸出頻率。人機界面2711-T10C15 作為該天車的信息顯示、交互平臺，能全面直觀地顯示全車各機構的運行狀態和檢測限位狀態，也可通過操作觸摸屏界面執行相應的操作命令。

2.3 ControlNet 網絡特性分析

位于控制系統機架上的網絡通信模塊1756-CNB 與各個傳動單元的網絡適配器模塊1203-CN1、位于駕駛室的Flex I/O 單元的網絡適配器模塊1794-ACN15 及人機交互界面2711-T10C15 一起構成ControlNet 網絡系統。FTA（Furnace Tending Anode Machine，炭素陽極焙燒設備）的ControlNet 網絡系統如圖3 所示。根據ControlNet 網絡特性，控制系統的網絡通信模塊允許網絡組態中的各個節點的適配器模塊在同一時間來讀取位于存儲器的數據包，該數據包包括的數據可能是某個節點適配器所需要的，也可能不是它所需要的，如果需要就傳送給執行設備執行相應的執行命令，如果不需要就在下一個網絡脈沖周期將其刷新，這樣就保證了網絡的同步性和確定性，而不會產生數據傳輸阻塞、延時、丟失和由于傳輸距離而造成的不同步問題，適合于電氣控制系統連鎖保護裝置的控制要求。對于與適配器所聯結的傳動單元，也可將自己的運行狀態通過網絡適配器在網絡刷新周期內傳遞到網絡通信模塊，實現與控制系統處理單元的數據交換。

圖3 ControlNet 網絡系統

3 系統程序設計

FTA 的程序設計采用按機構功能結構化的設計思想，根據機構功能的不同分別對各機構進行程序設計，如大小車行走控制，采用激光測距裝置、防撞裝置及位置編碼器作為其控制連鎖保護的控制點，程序設計重點考慮防撞及各機構工位來決定大車行走許可及允許速度范圍；陽極夾具提升機構及吸卸料裝置，采用與重量傳感器及起升位置編碼器等來決定機構的動作和允許速度范圍；除塵控制系統包含多個壓差傳感器及閥門電動執行器，編程采用順序控制方式來實現。其他機構都通過安全連鎖保護的要求實現機構動作，總體達到了按照功能需要靈活編程的目的，同時保障了系統的可靠性。

4 小結

通過對炭素陽極焙燒車間引進法國ECL 公司FTA 的電氣控制系統進行了分析，闡述了控制系統及ControlNet 網絡在該多功能天車上的應用，對控制系統及ControlNet 網絡性能進行了分析。采用ControlLogix 控制系統大大簡化了傳動裝置的控制連接方式，避免了線纜控制故障率高、穩定性差的問題，又能充分利用ControlNet 網絡特性實現控制系統及傳動單元的實時控制及故障診斷等功能。其控制方式及網絡組態結構對于其他場合類似系統的應用有積極的借鑒意義。