工业以太网在全钢载重子午轮胎成型机的应用

曹鹏

【摘 要】工业以太网技术以其控制灵活、分散控制、信息共享、优化企业生产过程、实现企业量化管理、提高生产效率等诸多优点，被越来越多地应用于自动控制系统中。本文主要介绍美国罗克韦尔公司主推的工业以太网络—EtherNet，并将其应用在为倍耐力（Pirelli）兖州分工厂的LCZ-3C一次法全钢载重子午胎两鼓成型机的电控系统中。工业以太网的使用大大增加了系统的可靠性并提高了系统的整体性能。

【关键词】以太网；可编程逻辑控制器；变频器；远程输入输出

0.引言

倍耐力（Pirelli）轮胎是当今世界享有盛名的轮胎公司之一。长期受到世界著名的汽车制造厂商认可， LCZ-3C（兖州）项目就是基于同Pirelli公司的良好合作关系下，2008年四月按照客户对控制系统的需求，为其在中国的唯一分厂（兖州）分厂所配备的轮胎成型设备，所开发研制的一款一次法全钢载重子午胎两鼓成型机。其成型采用一次法成型工艺，整台成型的生产流程，根据用户配置要求配套，在提供合格半成品到工字轮、卷轴或百叶车后，通过三个操作者操作，完成从半成品导开、贴合、定型、滚压、反包成型、卸胎全过程。

1.控制系统构成

为了提高整台设备的安全性、性能、可靠性以及易维护的特性。如图所示，整台成型机的电气控制以Rockwell公司GuardLogix系列的1756-L61S安全控制器为控制器平台，采用了网络控制技术中的通用工业协议（CIP）中的以太网（EtherNet）进行通讯，通过1756-EN2T以太网通讯模块及西门子工业SCALANCE X-124非管理型交换机，把外围的1734 Point I/O、灯标、1791安全模块及PowerFlex40P变频器进行分布式控制和监控。在信息网络层采用以太网（EtherNet），同人机界面（HMI）PanelView Plus之间。对当前LCZ-3C成型机设备的生产进行监控、控制、 故障诊断、报警信息及管理信息等的处理。运动控制采用（1756-M16SE）SERCOS接口伺服模块同Kinetix 6000智能型伺服驱动器及1326AB或MPL型伺服电机配合使用，完成精度很高的运动控制。

整台成型机的硬件系统的配置

1.1网络选择及功能分析

工业以太网EtherNet是一种基于工业以太网的跨供应商开放性标准，可以实现上至公司管理级，下至现场级的直接、透明访问。作为IEC 61158的一部分，以国际以太网标准（IEEE 802.3）和快速以太网（100Mbit/s）以及交换技术为基础。EtherNet基于现行IT标准，并支持TCP/IP协议，不受任何限制。无论是工业标准安装技术、实时性能、分布式现场设备的集成，还是同步运动控制应用；无论是简单的网络管理和诊断，还是防止未经授权的访问；无论是高效、跨供应商的开放性工业以太网标准，都可以满足以上所有的要求。

工业以太网还具有以下的优势：

1.1.1应用广泛

以太网是应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如Visual C++、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。

1.1.2通信速率高

目前，10、100Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s（如西门子Profibus-DP）。

1.1.3资源共享能力强

随着Internet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联入互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。

1.1.4可持续发展潜力大

对于未来的工业自动化来说，一网到底及集成架构的概念将会发扬光大，基于上述的综合原因，所以对于此设备的网络，采用了工业以太网进行通讯。

1.2工业以太网络的稳定性

工业以太网络要比商业上的以太网要求更加稳定，可靠，因此对硬件介质上要求的更高。为了提高整台设备的可靠性，主要在以下三个方面进行了硬件的优化选择：

（1）交换机采用了SIEMENS公司的SCALANCE X124 非管理型工业交换机。

（2）网络介质采用了SIEMENS公司的FastConnect屏蔽双绞线。

（3）以太网插头采用了SIEMENS公司的FastConnect RJ45工业以太网头。

2.以太网络在轮胎机中的角色

2.1对于普通远程I/O分布控制及数据采集

3C项目的RsLogix5000程序截图

分布式现场设备可通过工业以太网（EtherNet） 直接连接到工业以太网中，从而可实现I/O和控制器之间的高速数据交换，显著提高诊断能力。通过RsLogix5000软件对于分站的数字量输入模块、数字量输出模块以及模拟量输出模块进行配置组态，并且自动生成相应的数据标签，通过GSV指令获得当前1734-AENTR的状态，使用相关的标签在HMI界面上图形化反应出来，从而使得用户在远程I/O读取上及网络诊断上，更加的一目了然。

2.2对于安全I/O分布控制及数据采集

采用西门子的FC TP屏蔽双绞线工业以太网线及TR RJ45的插头快速地，稳定地把设备1756主机的GuardLogix和外围的3个1791ES-IB8XOBV4安全I/O模块进行分布式现场控制，1791ES-IB8XOBV4有8点的Sink安全输入，8点的安全输出（即4对安全输出）的安全模块，安全I/O模块从而可实现I/O和控制器之间的高速数据交换。

2.3对于变频器以太网控制

变频器采用的是ROCKWEL公司的PowerFlex 40P系列变频器，变频器以太网通讯必须配合22-COMM-E这个通讯卡，当在硬件通过RsLogix5000软件组态完成后，会在程序中自动生成符合40P变频器的数据结构，这样的设计非常方便我们建立程序与变牌器控制之间的接口，在程序中只需我们调用相应的数据标签，就可以知道变频器的状态以及不用接很多的控制线，就能执行一些比较复杂的程序。

2.4对于上位人机界面HMI的信息通讯

在信息网络层采用以太网，从而在人机界面处实现对整个设备的生产进行监控，控制，故障诊断，报警信息及管理信息等的处理。整机轮胎成型机的实时监控系统是用于控制整机轮胎工艺及电控系统的实时监控系统它的主要功能是对轮胎成型生产进行监控.该系统采用罗克韦尔自动化公FactoryTalk View Studio_Machine Edition工业监控图形组态软件制作而成。通过PanelView Plus以图形化的方式显示信息并对相关数据进行记录，这样操作员及维修人员可以很容易地掌握现场设备的情况。

HMI人机界面

实现了工步的选择功能，并且显示出等待信息，警告信息，语言的双语切换功能，查看控制系统的伺服，变频器，普通I/O点及安全I/O点的信息，灯标信息，急停，安全保护元件的当前监控状态。

另外，在HMI上可以对设备的伺服进行标定、轮胎配方参数及设备参数进行修改。对于参数部分的设计，将设备参数以及涉及到轮胎工艺参数进行分离，而且各自有各自更改的权限，方便厂家的维护人员和工艺人员各行其责，使得管理更规范化，人性化，而且可以存储上上百个轮胎工艺参数，方便用户更改规格，同时把参数可以存到外部存储CF卡上，方便用户维护和修改。

3.结束语

LCZ-3C轮胎成型机，实现了集成架构及一网到底的控制理念，控制技术上处于国内领先地位。调试更加简单，缩短了调试周期；控制系统的扩展功能增强；抗干扰及噪声能力增强；设计上更加人性化，维护简单；减少停机时间，提高了设备稳定性及效率；在兖州投产使用至今，用户评价良好，系统一直正常稳定运行，各项性能指标均达到设计要求，实现了良好的控制效果，也为用户创造了更多的经济效益。

【参考文献】

[1]SIEMENS-SIMOTION Industry Ethernet Communication Getting Start user manual.

[2]Rockwell-EtherNet/IP Modules in Logix5000 Control Systems user manual.