基于 Devicenet 称重数据传输及实时监控系统

基于 Devicenet 称重数据传输及实时监控系统

电解机组秤原有称重数据传输及监控系统是利用仪表称重采集数据，通过触摸屏数据经无线电台发送至工控机接收。 鉴于这种数据传输方式通信不稳定，抗干扰能力差，系统改造采用 Devicenet 网

络通讯至 PLC，并通过光纤通讯至监控系统，用于分析和评估生产信息。 该系统投运后，节约了大量购置硬件费用及系统和设备维护费用，取得了较好效果。

1问题的提出

某企业电解机组秤原有称重数据传输及监控系统是利用仪表称重采集数据,通过触摸屏数据经无线电台发送至工控机接收。该系统对现场机组数据进行采集和分析,用于评估和调整生产技术参数,对生产的稳定性、可控性、真实性提供数据支撑。原称重系统在经过多年现场运行后存在以下几个方面的问题:

1)各机组秤与中控室的数据传输是无线通讯方式,但是无线数据传送及接收系统受环境干扰比较大,经常出现乱码,通讯信号不稳定且抗干扰能力差,使得中控室的数据采集不完整,此缺陷现已成固有存在,导致生产数据无法真实记录,也无法准确计算生产技术指标,影响公司各方数据评估。

2)现场使用的工控机因为使用寿命较长,内部电路板及芯片已经老化,但由于初始建设时软件是定制的,不具备兼容扩展性能,限制了系统的升级改造,加之提供商维护服务响应不及时,且维护维修工作量大,在目前系统高故障率的情况下,累计故障维保成本高。

3)为保证称重准确,减少误差,各组秤都需要定期进行标定工作。但由于目前系统没有标准码,导致现场标定时,需使用一定的称重物做标准码,费工且重复工作,严重制约了现场工作效率,增加了现场工作负担，且标定工作的一致性也无法保证，使误差变量增多。4）此系统使用年限已久，且因为之前建造方和现在维护方非同一家单位，在维保上一直沟通不畅，维护保养成本渐高，备件也购置困难，不能有效保障系统得到妥善维护， 使其故障率无法得到降低。 以上各方面原因对正常生产造成很大影响，亟待对原有称重数据传输及监控系统进行改造。

2.原称重系统方案构成

原称重仪表有以下 5 组：1）常规阳极秤。 Yamato 称重仪表型号为 EDI-700，2 个传感器，称重范围为178~398 kg，平均值 354 kg。 2）常规残极秤。 Yamato称重仪表型号为 EDI-710，2 个传感器，称重范围为472~1 096 kg，平均值 851 kg。 3）常规电铜秤。 Yamato称重仪表型号为 EDI-710，2 个传感器，称重范围为2 565~2 955 kg，平均值 2 699 kg。 4）PC 残极秤 。 Yamato 称重仪表型号为 EDI-710，2 个传感器，称重范围为 340~1 239 kg，平均值 913 kg。 5）PC 阳极秤。 Yamato 称重仪表型号为 EDI-700，2 个传感器 ， 称重范围为 342~425 kg，平均值 376 kg。

每组秤工位上配备工控机采集并监控现场称量数据，同时进行历史数据记录；再通过无线网络的方式将各组秤的数据发送至中控室，进行统一汇总记录，便于公司层面进行生产监控以及生产管理等工作。

3.称重系统改造方案

此次改造要解决原称重系统数据传输方式通信不稳定，抗干扰能力差等问题。 新系统要能真实反映生产实时数据,并能生成日报、周报、月报，并可对报表进行有效、可查询管理；保证称重准确,减少误差,

降低各组秤定期进行标定工作频次，可实时监控生产数据,并对生产控制程序可视化。 鉴于上述要求对改造方案进行了比选讨论,各改造方案对比见表 1。

表 1  称重系统改造方案对比

根据改造要求，选择了利用原称重传感器，并选用有线通讯的改造方案，采用各就地秤分别称量及就地显示、通过以太网的光纤通讯、由中控室服务器集中进行数据采集、监控、分析等操作。 采用哈帝（HADY） 的称重控制器 HI 4050 -PMWS -ACW - N1-DN-DIO-N4，通过接线盒将现场的称重传感器信号进行采集、计算，再通过设备网（DEVICENET）与电解 AB PLC 进行通讯。 数据统计在 PLC 控制器中完成，统计结果通过以太网传输（OPC 协议）至管理机进行数据储存（采用 ACCESS 数据库），并用EXCEL生成管理报表。 为了节约成本，现场不单独设置触摸屏，工艺操作人员可以通过称重仪面板监控当前实际重量数据。 该方案具体使用到的硬件或者软件产品描述如下。 1）各就地秤：2 个传感器（Hardy 品牌）+控制仪表（内置设备网接口）；2）中控室：PLC（AB）+工控机+软件（AB）+光纤交换机。

4.改造后称重系统方案性能

4.1Devicenet 的优越性能

Devicenet 是一种基于 CAN 技术的开放型 ，符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。 其优越性表现在以下几个方面：1） 便捷的设计及使用。 Devicenet 提高了设计的弹性，通过提供网络数据流的能力提供了无限制的 IO 端口，同时还提供互操作性和即插即用的能力。2 ） 改善的过程数据管理。 Devicenet 支持对等（Peer-to-Peer）或主/从（Master/ Slave）管理；作为一个快速响应处理元的结果，提高了吞吐量和可重复性，在诊断中可延长定期检修的间隔周期。 3）降低安装成本。 Devicenet 简化了配线，避免了潜在的错误点，减少了劳动力资源，节省了安装空间。

4.2历史数据记录及分析软件性能

FactoryTalk Historian 软件是罗克韦尔专业的历史数据记录及分析软件，包括数据采集、创建报表、查看报表等功能，通过这些功能可以智能地、自定义地提供完整的生产报表，供工厂管理决策者使用、分析。

4.3称重秤系统性能

国品牌 Hardy 称重系统具备如下典型的性能，可以很大地提高现场的调试以及日后的维护效率：1）C2○R第二代电子标定技术对称重系统电子校准，

能立刻知道称量系统是否处于健康状态， 既不用去掉称量系统中已有的物料，不需要使用沉重的砝码，也不需要将砝码从称重系统上重复地搬上搬下来进行标定。 2）C2○R电子标定可以用于称重系统安装后和日常的校验维护。 为了达到可信赖的标定，C2○R应用了传感器满量程的标定，标定时仅需按一下按钮，因此 C2○R标定永远优于传感器非线性的误差。 3）C2○R在产品出厂前，每一个传感器都经过测试并把所有的标定数据、补偿等参数储存在芯片中并安装在传感器内。 所有仪表都经过相对应的标准进行测试和储存，当仪表连接到传感器时，只要按一下标定按钮，仪表就会读出每只传感器上的标定数据并自动进行数学运算，完成标定。

4.4综合诊断专家（IT）

IT 提供了一个系统的内部诊断技术，让用户自己通过系统的内部诊断来充当故障检察员，从而减少了检修费用，不需要费用昂贵的“称重专家”来诊断故障。 可连续监视称重传感器的激励电流的开路或闭路状态和仪表到接线盒的线路损坏状态，通报仪表的激励电流的变化状态。

4.5 数据采集以及网络稳定性能

受限于原有无线网络通讯的不稳定性，改造方案中特采用工业交换机光纤通讯技术，一方面解决网络通讯距离的问题；另一方面提高通讯的稳定性能，使得网络的通讯好坏可视化，通过硬接线光纤进行保障，也易于维护。 Hardy 称重系统可以灵活地与采集系统进行通讯，将仪表的数据及时便捷地传送至中控采集系统，支持的网络非常丰富。

4.6上位软件强大的库管理功能

改造后的智能报表软件为生产管理提供大量数据信息，可按时间、配方等生产班报、日报、月报和年报等统计及打印功能；同时提供两种用户自定义报表组件，一种是采用报表进行二次设计，另外一种是把数据无缝嵌入到 EXCEL 报表中。

5.结束语

改造后的称重控制系统融合了计算机技术、自动控制、通讯技术、称重技术为一体，其控制功能完善，显示、操作集中，数据处理方便，安装、维护简单，系统便于扩展。 在结构上解决了计算机集中控制系统的“危险集中”的问题，做到“管理集中危险分散”。

在投入成本上，选用 HADY 称重仪表，采用Devicenet通讯电缆及光纤通讯，在原生产运行 AB 品牌的PLC机架上扩展通讯模块，降低了资金投入，大幅控制成本。 VIEW32 上位软件提供智能报表软件功能，为生产提供了大量数据信息， 并将信息应用于生产管理，系统可与其他管理系统进行数据交互，满足深层次的数据分析要求。 基于 Devicenet 网络的称重控制系统稳定、可靠、有效地满足了在连续生产过程中的使用。