ABPLC5系统的石膏板流水线升级改造朱立胜

ABPLC5系统的石膏板流水线升级改造朱立胜

朱立胜

（优时吉博罗石膏建材（上海）有限公司上海）

摘要：石膏板流水线的控制系统非常复杂，尤其是不同品种的石膏板，其重量和纸张的摩擦力不一样，从而造成皮带和辊轴停位很不稳定，需要通过传感器、编码器、接近开关、光电开关和提升机等多种设备密切配合来控制皮带电机。优时吉博罗建材工厂只有一条生产线，整个控制系统由中央控制室和两个远程控制站组成一个全厂工业局域网，远程控制柜通过DH+网络将自己所控制区域内的生产情况传送至中央控制室的HMI系统。在此本文着重分析了在石膏板自动化流水线改造中用ABControlLogix替代PLC-5的使用，讨论了设备的硬件配置、设备组成和操作屏幕升级等，目前生产线一直稳定运行中。

关键词：ABPLC5；以太网；ABControlLogix

电气系统的稳定性对自动化流水线尤为重要，每个微小的开关或传感器产生误动作，都会引起整个生产线的故障停机，每个设备的安装位置和方式，对后期生产都有重要的影响，优时吉博罗石膏板线于20世纪90年代设计并投入使用，设备运行的可靠性和稳定性都不高，整套系统包含了4个PLC5CPU，其通讯网络为DH+现场网络，通过1771-ALX模块或1771-ASB模块扩展远程IO。原系统配备了两台PC作为编程终端，编程软件使用RSLogix5，控制对象包括湿添加剂和干添加剂区域，混合器成型皮带区域，烘箱及进出口区域和修边机区域，其中备料区域子系统控制包括湿添加剂、干添加剂、混合器和背纸面纸等单元；湿端区域子系统控制石膏板的成型、切割和翻转速度等；烘箱子系统控制整个烘箱大链条的速度，烘箱各段燃烧器的温度和进出口风速等；干端子系统控制石膏板的出板顺序、修机和堆垛等单元。电气控制系统所选用的CPU是1996年代的购买和安装的，目前已经超寿命使用，备件AB公司已停产，无法采购，我公司目前的CPU1771-5/60L和2711E-K14C6操作屏已无备件，随时有全线停机可能。为此急需对PLC5需要进行改造。

一、系统选型及特点分析

1.该系统使用的年限较长，从1996年投入生产，到目前已使用20年，正常可编程控制器的寿命在10年左右，目前已远远超过使用寿命。

2.现场I/O模块号码标签是胶水粘贴，很多线号已模糊不清或者丢失，I/O和程序都进行过修改，接线凌乱。在实际维修过程中，也发现现场实际的点和图纸程序不对应，如果直接升级，存在很大的改造风险。

3.为了保证生产的稳定和可靠，需要保证程序不变。

4.目前流水线系统中分为四个区域，每个区域都有一个独立的CPU单独进行控制，减少了因为单个CPU而造成的全线停产风险，如果进行集中控制，工程量巨大，而且改造风险也同样加大。

通过上面几点的分析，采用AB公司的ControlLogix控制系统替换原PLC5控制器，保留现有的I/O模块和框架。ControlLogix控制器之间通过EtherNet/IP以太网连接，控制器与各I/O框架间仍然通过DH+网络通信连接，将原先的一台普通台式机的编程电脑升级成使用Win10操作系统的研华工控机，编程软件使用RSLogix5000_v21，EtherNet/IP以太网是目前使用最广泛的通讯方式，最高速度能支持100Mb/s，通过安装双网卡，可以现实和办公网络的无缝连接，同时也能杜绝外部网络病毒对工控网络的干扰，通过以外网，当设备出现问题时，我们在家就可以打开电脑，在线检查设备故障，能快速处理故障并尽快恢复生产。

图1控制器界面

如图1，1756-L71CPU和1771-5/60LCPU一样都是使用钥匙开关改变处理器的操作方法，目前支持三种操作模式：1）运行模式，在运行模式下可以运行程序，可以强制I/O点和保存程序到硬盘，但是不能建立和删除梯形图文件和数据文件，也不能通过编程软件来更换操作方式。2）编程模式，在编程模式时，相当于离线修改程序，但是在编程模式下，我们不能通过可以在软件上选择改变为其他方式。3）远程模式，在这个模式下，可以在线修改程序，上传和下载程序，同时也可以通过软件来改变操作方式。

二、系统结构与配置

1．备料区域PLC系统升级方案

图2备料PLC网络配置

见图2，用1756-L71CPU处理模块替代原有的PLC51771-5/60LCPU，用三块1771-ASB网络适配器模块替代原先的1771-ALX模块，原PLC5机架的PLC51771-5/60LCPU位置替换为1771-ASB模块，在电气柜内安装一个4槽的1756-A4机架，安装电源模块1756-PA75，CPU模块1756-L71，通讯模块1756-DHRIO和网络模块1756-EN2T，原先接入1771-5/60LCPU上的通讯线转而接入到1756-DHRIO模块上，同时增加通讯线，将替换CPU的1771-ASB串入DH+网络。

2．湿端区域PLC系统升级方案

图3湿端PLC网络配置

见图3，原PLC5机架的PLC51771-5/40LCPU位置替换为1771-ASB模块，在电气柜内安装一个4槽的1756-A4机架，安装电源模块1756-PA75，CPU模块1756-L71，通讯模块1756-DHRIO和网络模块1756-EN2T，原先接入1771-5/40LCPU上的通讯线转而接入到1756-DHRIO模块上，同时增加通讯线，将替换CPU的1771-ASB串入DH+网络。

3．烘箱区域PLC系统升级方案

见图4，烘箱区域相对比较简单，大部分I/O采用的是现场FLEXIO模块，所以只需要将原PLC5机架的PLC51771-5/60LCPU位置替换为1771-ASB模块，在电气柜内安装一个4槽的1756-A4机架，安装电源模块1756-PA75，CPU模块1756-L71，通讯模块1756-DHRIO和网络模块1756-EN2T，原先接入1771-5/60LCPU上的通讯线转而接入到1756-DHRIO模块上，同时增加通讯线，将替换CPU的1771-ASB串入DH+网络。

4．干端区域PLC系统升级方案

见图5，用1756-L71CPU处理模块替代原有的PLC51771-5/60LCPU，用两块1771-ASB网络适配器模块替代原先的1771-ALX模块，原PLC5机架的PLC51771-5/60LCPU位置替换为1771-ASB模块，在电气柜内安装一个4槽的1756-A4机架，安装电源模块1756-PA75，CPU模块1756-L71，通讯模块1756-DHRIO和网络模块1756-EN2T，原先接入1771-5/60LCPU上的通讯线转而接入到1756-DHRIO模块上，同时增加通讯线，将替换CPU的1771-ASB串入DH+网络。

三、软件系统

1．PLC程序的升级，第一步为应用代码转换，这一阶段通常从PLC5处理器代码转化为Logix代码开始，软件的逻辑和标签数据库转换实用程序可以快速的进行处理器代码升级，后续还需要人工进行修改完善和补充，重新修改确认系统配置、系统通信、过程控制、数据文件管理和处理，确保满足升级改造后不减少原来的功能。

2．编程软件RSLogix5000，RSlogix5000是用于AB的LOGIX平台的软件，比较新，这个平台包括CONTROLLOGIX，COMPACTLOGIX,SOFTLOGIX等等好几个系统，其中CONTROLLOGIX是该平台最大的系统，和西门子的S7-400相当，RSlogix5000基本上将RA所有的产品都整合到一个软件平台下面了，比如伺服，变频器都可以在5000中添加，配置，修改，且用户界面更加友好，基本实现了完全的别名标签化，用户不需要再死记硬背各种地址了。软件还支持UDT，用户自定义数据类型，支持AOI，可以将开发者的程序打包为一个指令并加密，如此保护知识产权。21版本以上的软件，配合L7x及以上的处理器，可以将所有标签，梯级的描述存储于处理器中，让程序不再如天书一般难懂。

图6老式操作屏界面

四、HMI系统的升级

原系统中HMI采用的是2711E-K14C6老式的CRT显示器，由于使用年限过久，显像管老化，背景灯很暗，造成显示的数据很多无法看清，而2711E-K14C6早已停产多年，无法采购备件，目前选用2711P-K15C4A8操作屏来进行替换，由于HMI的组态画面无法直接升级，所以新屏幕的操作画面需要重新组态。

如图6，由于旧式的操作屏支持的功能较少，显示的画面相对简单，所以重新组态画面工程量并不大，可以较快的完成新画面的组态。

五、实施中出现的难点

1756-L71CPU与1771-ASB通讯速度问题较大，在项目实施中，新CPU模块与1771的通讯模块之间由于仍旧采用的是DH+通讯网络，在烘箱区域由于使用的是远程FLEXIO，在同样的扫描周期下，现场传输的IO的数据延迟时间很长，正常是两三秒的延时，实际调试时，出现了10几秒的延时，造成现场电机的速度传感器全部报警，误认为设备故障，通过RSLogix5000编程软件将扫描周期进行了优化，解决了数据传输延迟大的故障，在项目实施中，还遇到了很多问题，但都一一解决了。

备料区域的控制系统是整个流水线的重点，也是控制的难点，主要体现在以下两个方面：一是，要确保设备运行的实时性，在生产过程中出现任何微小的延时，都可能导致重大的安全事故和巨大的经济损失；二是，控制系统复杂的连锁关系，从备料到湿端，再从烘箱到干端，需要各个环节紧密配合，不能出现丝毫的差错。

石膏板控制系统自动化程度高，数据采集量大，控制站多，因此，对系统可靠性的要求较高，升级改造后，通过采用ABControlLogix进行的产品替换升级，系统基本达到设计要求，运行效果较好，运行稳定、可靠，灵活的实现了复杂的连锁任务，具有较高的机电一体化水平，在改造前，设备生产过程中故障频繁，经常导致电机损坏和轴承报废，严重影响产出并大大增加了生产成本，通过改造，彻底解决了上述问题，并提高了流水线的稳定性和可靠性，ME提高到了97%。

作者简介：朱立胜（1980-12），男，汉族，籍贯：江苏江都，当前职务：电气主管，当前职称：电气自动化工程师，学历：本科，研究方向：电气自动化