作者：葉剛   自動控制工程師

單位：應達工業（上海）有限公司

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志

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隨著物流網的盛行，以及工業4.0的推進，通過網絡化的方式對設備進行實時監測成為一種趨勢。各行業自動化程序的高度集成，網絡化的不斷普及，MES（生產信息管理化）系統的日趨完善，因此幾乎大多數企業都有了對工廠內設備的工作狀況實時監測的需求，管理人員希望能夠及時了解設備運行狀況并能夠對設備的歷史運行數據進行分析。鑄造行業由于環境惡劣，屬于高壓高頻的環境，所以網絡化發展相對較慢，因此熔煉澆注設備的通信、數據采集以及數據分析日益成為該行業迫切需要解決的問題。

一、網絡化熔煉系統

1.系統的構成 

網絡化熔煉管理系統由PLC控制器、遠程IO站、帶網絡接口的鐵液測溫裝置、大屏顯示器、遠程控制面板、電爐熔煉控制板以及配套的網絡設備構成。

該系統主體部分是PLC控制器，其作為整個熔煉管理系統的核心，負責與系統內其他設備的通信，以及整個管理系統的數據管理和計算等功能，PLC控制器與其他設備信息交換，將收集到的信息在管理系統顯示，并根據實際生產狀況進行記錄和報警，同時將根據收集到的信息以及客戶的需求進行熔煉管理系統的控制，達到電爐熔煉的自動化過程；遠程IO站負責采集電爐重量信息、電爐位置信息、冷卻系統的水路溫度信息甚至流量信息等，通過網絡傳輸到PLC控制器，并可以輸出電爐故障的蜂鳴報警，提醒操作人員；鐵液測溫裝置配有以太網接口，將檢測到的鐵液溫度傳輸到PLC控制器，對系統中的模型鐵液溫度進行修正；大屏顯示裝置也配有以太網模塊，實時顯示熔煉功率，爐體重量以及鐵液溫度；電爐熔煉管理板也同樣配置了以太網模塊，與PLC控制器進行數據交互，達到對電爐熔煉過程控制的目的。另外，該熔煉管理系統預留了與客戶通信的專用交換機，可以與客戶的MES系統進行數據交互，達到整個生產線甚至全廠系統的統一管理。

（1）PLC控制器  在早期的熔煉管理系統中，沒有采用帶有以太網的PLC，而網絡化的熔煉管理系統采用了帶有以太網接口的PLC（Allen-Bradley CompactLogix PLC ），如圖1所示。包括：①1769-L45 PLC。②ENBT 以太網IP通訊模塊，用于與以太網IP使能的設備通訊，例如HMI、遠程I/O站以及大屏顯示等；③EWEB以太網IP通訊模塊，用于沒有以太網IP的用戶協議的通訊設備。

圖1  具有以太網接口的PLC控制器

（2）遠程I/O站  遠程站的配置如圖2所示。①1734-AENT 用于I/O站的擴展。②兩塊2通道的模擬量輸入模塊包括冷卻水溫，外部需求控制，稱重等變量。③一塊2通道的溫度輸入模塊燒結溫度測量。④一塊8輸入的數字量模塊電爐的位置開關信號。⑤兩塊4輸出的數字量模塊電爐的報警輸出，以及水系統循環監測信號。

圖2 遠程I/O站

（3）鐵液測溫裝置及大屏顯示  網絡化熔煉管理系統采用賀利氏DTE3測溫儀表的鋼液測溫設備，帶有以太網接口，與PLC控制器直接進行網絡通信，如圖3所示。

圖3  帶網絡接口的測溫儀表

大屏顯示設備內也有一塊Allen-Bradley的通訊模塊1761-NET-ENI，直接與1769-L45 PLC進行通訊，并進行數據傳輸。大屏顯示如圖4所示。

圖4  帶網絡接口的大屏幕顯示

（4）安全的數據分享  網絡化熔煉管理系統提供了大量的電爐相關的過程數據供用戶共享。用戶可以通過兩種方式來獲取數據。

SQL數據庫：用戶可以通過工業以太網連接到熔煉管理系統的網絡，直接訪問SQL數據庫。通過數據庫本身也可以隨時查詢數據。通過SQL數據庫大大的提高的數據共享范圍，并且也更加方便快捷，減低了通信設計成本。

Allen-Bradley L45 PLC：也允許用戶直接讀取PLC內的數據，可以通過用戶需求，把數據做成規定的格式，客戶按照協議讀取。

隨著網絡化的廣泛推進，網絡安全也面臨更大的挑戰，因此在網絡化越來越發達的今天，網絡安全問題也應該得到更大的重視。為了保證網絡的安全性，在用戶與應達設備交互過程中增加了一個工業交換機，用于將網絡隔離，保證數據通信正常的情況下的網絡更加安全。。該產品是工業級多端口安全路由器，集防火墻/NAT/VPN為一體。其功能：①可以建立VPN安全遠程訪問通道。②通過防火墻保護網絡安全。③網絡地址轉換（NAT），輕松進行網絡配置。④符合ISA99/IEC62443/NERC CIP。⑤實現智能防火墻設置。

該設備如圖5所示。

 圖5 系統網絡安全隔離路由器

作為設備的可選外圍設備，可以配置現場的遠程顯示操作屏。該系統選用Allen-Bradley的Plus 600。該操作屏具備HMI界面的一些基本功能，包括自動燒結，冷爐啟動，報警以及爐子的起停操作，功率改變等功能。而且采用的是以太網的通訊方式。設備圖6所示。

圖6 系統可選遠程顯示操作屏

2. 網絡化熔煉管理系統功能和優點

（1）該熔煉管理系統基于Windows最新操作系統，采用Allen-Bradley公司的組態軟件，操作界面簡單，對于操作人員非常容易上手，使用工業級觸摸屏，更加方便操作。

（2）該熔煉管理系統提供了更加精確、可靠和完全可編程的控制方式，對于感應熔煉設備的安全和效率起到了極大促進的作用。

（3）該熔煉管理系統是基于Allen-Bradley PLC以及圍繞工業以太網設計完成，配置功能強大的數據庫，可以實現提供給客戶監控以及控制整個熔煉過程，從加料到澆注的可能。

（4）該熔煉管理系統提供了診斷報警等功能，方便客戶進行記錄查詢跟蹤。也可以通過以太網傳到客戶的管理系統，進行統一管理。

網絡化熔煉管理系統如圖7所示。

圖7 網絡化熔煉管理系統

二、網絡化澆注系統的組成

網絡化澆注系統中的設備同樣采用帶有以外網接口的設備，主要包括如下：

（1）帶有以太網通信模塊的1769-L45 PLC，和網絡化熔煉管理系統一樣。

（2）采用POE電源供電方式的智能視覺相機。智能視覺相機是一個兼具圖像采集、圖像處理、信息傳遞功能和I/O控制的小型機器視覺系統，是一種嵌入式的機器視覺系統。它將圖像傳感器、數字處理器、通訊模塊和I/O控制單元集成到一個單一的相機內，使相機能夠完全替代傳統的基于PC的計算機系統，獨立地完成預先設定的圖像處理和分析任務。該相機采用了一體化的設計，降低了系統的復雜度，提高了系統的可靠性。該相機的最大特點是集成度高，功能模塊化。作為獨立的智能圖像采集和處理單元，內部存儲器可以存儲下載的圖像處理算法。智能視覺相機還具有抗干擾能力強、開發效率高、組成簡單、規格等級化等優點。

POE電源技術同樣是采用以太網電纜連接相機，該電纜同時能夠供電，和傳輸數據。而且POE電源只會為需要供電的設備供電，只有連接了需要供電的設備，以太網才會有電壓存在，因此解決了線路上漏電的風險。

（3）帶有以太網接口的運動控制板。

（4）遠程I/O通信模塊。

（5）帶有以太網接口孕育機構。

（6）計算機。

三、結語

隨著科技的進步，工業4.0的思想的深入人心，人們對熔煉和澆注數據的共享這點要求越來越迫切，越來越多的客戶想要在辦公室就能看到熔煉和澆注數據，從而能夠監視和控制設備。工程人員在設計設備時，都要以網絡化的設計理念為出發點。相信在不久的將來，鑄造行業一定會做到全網絡化的控制。

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