1、自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 350引言现场总线是过程控制、自动化仪表和网络技术不断发展的产物，它的成熟发展把自动化系统推向新的阶段1。现场总线是现场设备与控制系统之间的双向数字式、串行、多点通信的数据总线，是应用在底层的一种总线拓扑网络，其智能系统可实现自动化控制，且可随时检测设备的运行状态2，目前广泛应用于石油、化工和冶金等领域。国内某特大型铜冶炼厂 ISA 电铜剥离机组（以下简称“剥离机组”）采用 RockwellRSLogix5550PLC 控制系统，选用Device-Net 现场总线通信，具有
2、控制系统稳定性高、连线简单易维护、开放性强等优点，能有效降低剥离机组的故障率，提高设备的运行效率和作业率。1 Device-Net总线介绍1.1 概述Device-Net总线是一种基于CANBUS技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、简单、廉价且高效的网络互连现场总线，它改善了设备间的通信1。Device-Net 是Rockwell 创建的 CIP（CommonIndustrialProtocol）3层网络结构的最底层，即设备层。Device-Net 遵从 ISO/OSI参考模型，它的网络结构分为3层，即物理层、数据链路层和应用层。Device-Net 数据转换器包括收发器、连接器、误接线保
3、护（MWP）、调压器和可选的光电隔离器。Device-Net数据转换器配置图，如图1所示。1.2 主要技术特点Device-Net 总线是一种非常简单、高效的协议，制作成本也很低，广泛运用于较低层3，也是一种串行通信链接，可以减少昂贵的硬接线。Device-Net 是一种底层网络系统，其设备具有互换性和互操作性4，且同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线 I/O 接口很难实现的。Device-Net 总线的主要特点如下。（1）网络拓扑结构灵活，典型拓扑结构是干线-分支方式。（2）采用非破坏性逐位仲裁机制，实现按优先级发送信息。（3）网络上可容纳多达64个节点地址，每个节点支持的 I
4、/O 数量无限制。（4）可带电更换网络节点设备，在线修改网络配置。（5）支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送方式。1.3 Device-Net总线与传统PLC控制对比优势Device-Net 是一个规范和协议皆开放的网络标准，其网络解决方案具有高可靠性、实时性、灵活性及低成本的特点，与传统 PLC 的 I/O 控制对比，其主要优势如下。（1）生产成本优势。通过 Device-Net 将现场传感器、驱动器、智能设备等连接到控制系统中，减少了 I/O 接口摘要文章介绍 Device-Net 总线的特点及现场总线在 ISA 电铜剥离片机组控制系统中的应用。从硬件配置、软件组态和程序设计
5、等3个方面阐述以1756-DNB 模块为主站进行组态，实现 Device-Net 和 RSLogix5550 PLC 的通信，可有效提高设备的自动化程度及电气控制系统的稳定性。关键词Device-Net；1756-DNB；硬件配置；软件组态；RSLogix5550 PLC中图分类号TF811 文献标志码ADevice-Net总线在电铜剥离机组控制系统中的应用马书泰，虞胜兵（江西铜业集团有限公司贵溪冶炼厂，江西贵溪335424）屏蔽信号线电源线光电隔离器（可选）DeviceNet节点p/CAN连接器MWP收发器调压图1 Device-Net数据转换器配置图自动化技术与应用 Automation
6、Technology and Application36 今日制造与升级 2023.7和布线数量，能节约大量的材料和人工成本。（2）接线安装简便。总线线缆包括 DC24V 电源线和信号线两组双绞线及信号屏蔽线。在设备连接方式上，可灵活选用开放式和密封式连接器。（3）结构设计灵活。网络拓展机构灵活，网络结构有星型、树形、线型、分支线型，安装灵活，布线便捷。（4）维护修理便利。模块有短路保护，模块自诊断及光电隔离性能，采用快速接插件安装。设备故障时，模块信息能向维护人员提供准确的故障信息和代码，有效提高处理故障的效率。2 剥离机组电控系统硬件配置、软件组态及程序设计2.1 剥离机组简介该剥离机组是
7、铜湿法冶炼全自动化高性能的生产线，也是永久阴极大电积、电解工艺首选装备5。剥离机组设备布置如图2所示。该剥离机组可对电解铜进行二次洗涤、铜剥离、90翻转，使电铜从垂直转换为水平位置6-9，具有堆垛、称重、自动贴标签、自动打包和输出给叉车运走等功能10-11。图2 剥离机组设备布置图该剥离机组厂房布置分为上下两层，其中接受装置、洗涤室，横移链、剥离架、排板装置、电铜输送、取样压纹装置设在+3m 平台，洗涤水箱、打包装置、堆垛输出设在0m 平面。该剥离机组占用面积大，约长53m宽10m，产线长，属于产品加工流水线式联动设备，要求设备故障率低，产能450片/h，采用 PLC 编程控制，以实现设备的全
8、自动运行。电气控制及 PLC 点位要求，见表1。表1 电气控制及PLC点位要求序号名称功能PLC_I/O 点配置1动力柜剥离机组的电动机控制及电源分配DI：48，DO：322操作台监控和操作设备，手、自动DI：128，DO：1631#液压区域剥离区域液压阀台控制DO：3242#液压区域堆垛区域液压阀台控制DO：325取样区域取样区域信号采集及控制DI：32，DO：166打包区域打包区域信号采集及控制DI：32，DO：167现场信号接近、光电开关信号采集DI：120该剥离机组 I/O 点多，传统 PLC 控制系统因设备 I/O信号点多且布置分散，需要布置大量的控制线，设备故障点增多，使设备维护成
9、本增加，且故障查询不方便。控制方案采用 Rockwell 的 RSLogix5550PLC 基于 Device-Net总线分布式，能很好满足控制要求。PLC 配置情况，见表2。表2 PLC配置情况序号名称PLC_I/O 点配置站点及通信方式硬件配置1动力柜DI：48，DO：321794-AND，Device-Net 总线1794-IB163，1794-OB1622操作台DI：128，DO：16RSLogix5550 PLC 机架1756-IB324，1756-OB16131#液压控制箱DO：321794-AND，Device-Net 总线1794-OB8EP442#液压控制箱DO：321794
10、-AND，Device-Net 总线1794-OB8EP45取样控制箱DI：32，DO：161794-AND，Device-Net 总线1794-IB162，1794-OB8EP26打包控制箱DI：32，DO：161794-AND，Device-Net 总线1794-IB162，1794-OB8EP27ASI 总线DI：120ASI MASTER，Device-Net 总线现场配置 48 个ASI 从站2.2 剥离机组电控系统结构ISA 剥离机组控制系统以 RockwellRSLogix5550PLC的1756-DNB 设备网通信模块为 Device-Net 的网络主站。PLC 控制系统如图3
11、所示。触摸屏HMI动力柜PLC控制系统现场液压阀台现场液压阀台ASI总线控制器ASI AC1014取样区域打包区域Eather-Net1794-ADN1794-ADN1794-ADN1794-ADN1794-ADNDevice-NetDevice-NetDevice-NetDevice-NetPLC PUSPLC CPU1756-DNB1756-ENB图3 PLC控制系统系统通过1756-DNB 模块将现场的 FlexI/ODevice-net 适配器组态到 PLC 控制系统中，实现数据交换达到控制功能。2.3 剥离机组Device-Net的硬件配置剥离机组以1756-L55为主控制器，以 D
12、evice-Net 为网络主站。2.3.1 1756-L55主控制器1756-L55控制器适用于大规模的控制系统，扩展能力强，支持多种通信方式，信号处理速度快，可控制大量的I/O 点，具有极强的网络通信功能，如图4所示。1756-L55控制器的主要特点如下。自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 37（1）Logix 处理器的功能强大。（2）多组数据通过机架和背板连接。（3）支持 Control-Net、Device-Net 等标准工业现场总线。（4）支持开放的100b/sEther-Net 网络，控制系统和上位
13、机可以组成多服务器/多客户端模式的实时监控系统。（5）在Ether-Net/IP、Control-Net、Device-Net 各层网络中采用统一的 CIP 协议，保障了工业控制的实时性和确定性。图4 1756-L55控制器2.3.2 Device-Net主站1756-DNB 模块充当 Device-Net 设备与 RSLogix5550控制器之间的接口，1756-DNB 模块作为 Device-Net 网络的主站控制器，通过 Device-Net 总线与从站设备通信，实现以下功能。（1）从设备读入输入数据。（2）将输出数据写给设备。（3）下载组态数据。（4）监视失败运行状态。1756-DNB
14、 模块以输入数据、输出数据和诊断列表等形式与 RSLogix5550控制器进行通信，需要交换的信息包括：设备的 I/O 数据。状态信息。组态数据。1756-DNB 模块作为 Device-Net 网络扫描器，完成设备的组态、网络适配器的数据映射、传输。DNB 模块与CPU 通信原理，如图5所示。2.3.3 Device-Net从站Device-net 适配器1794-AND 的每个 FlexI/O 模块包含1个适配器、1个基座和 I/O 模块，每个适配器可带8个基座，且允许多种通道配合 I/O 以满足需要。ASIDevice-net 控制器 AC1014是将现场 ASI 总线模块数据信息组态到
15、 Device-net 中实现控制功能。控制器AC1014最多可带62个站点（两路 ASI 回路）。ASI 现场总线能直接连接二进制执行器和传感器，形成自动化底层控制系统12，实现 PLC 控制器（主站）与传感器/执行器（从站）之间的信息交互。ASI 分布式总线系统具有拓扑结构灵活、硬件成本低、网络安装组态容易等特点。2.4 Device-Net网络通信的软件配置当前现场总线技术以 Device-Net 总线网络应用较广泛，依据硬件配置要求需要的软件有通信软件 RSLinxClassic、PLC 编程软件 RSLogix5000、Device-Net 网络组态软件 RSNetWorxforDe
16、vice-Net。Device-Net 网络通信组态的实质是将设备网络上节点的控制字、状态字通过 Device-Net 网络映射到 PLC 控制器中。具体组态流程如下。（1）在 RockwellRSLogix5550PLC 控制系统中组态1756-DNB 模块，如图6所示。1756-DNB 模块在 PLC 控制系统的第2槽，Device-Net 节点号为63。输入存储区124个字，输出存储区123个字，状态存储区32个字，如图7所示。图6 PLCI/O组态图（2）设置 Device-Net 网络适配器站点号及统一通信波特率，站点不能重复。（3）采用通信电缆将现场设备网站点按系统要求连接，在末端
17、节点需要配备终端电阻。（4）通电组态 Device-Net 网络。用 RSNetWorxforDevice-Net 软件通过 RSLinxClassic 软件扫描 Device-Net网络，ISA 电铜剥离机组网络组态如图8所示。站点的组态采用 I/O 报文和轮询通信方式，站点6的组态信息如图输入映象区来自大开关的输入数据发送至E3的输出数据输出映象区输入映象输入映象输出映象输出映象内部输入数据存储内部输出数据存储1756-DNBControlLogix控制器数据表数据表BAABCDEABCDEAXXZYYZXYZX10D CE图5 1756-DNB通信原理自动化技术与应用 Automatio
18、n Technology and Application38 今日制造与升级 2023.79所示。03ASI-DeviceNe.1794-ADN MCC（6）1794-ADNSTRAPPING（10）1794-ADNSTRAPPING（11）1794-ADNHYD_OUTPUTS（12）1794-ADNHYD_OUTPUTS（14）1756-DNB-1061011121463图8 Device-Net网络组态图图9 站点6的组态信息（5）将现场站点的数据区间映射到1756-DNB 模块的存储区，网络的站点6在1756-DNB 模块的映射列表，如图10所示。图10 站点6映射列表通过以上步骤的组
19、态，现场 Device-Net 网络站点的状态位和控制位已完全映射到了1756-DNB 模块的存储区，通过 PLC 程序的合理设计即可实现远程控制。2.5 RSLogix5550PLC控制器的程序设计通过 RSNetWorxforDevice-Net 软件配置的 Device-Net 网络，现场站点的控制字和状态字已完全映射至1756-DNB 模块的存储区，且 RSLogix5550控制器 PLC完成 Device-Net 网络主站1756-DNB 模块使能和输入、输出存储区映射，现场 I/O 点和 PLC 存储区位的关系达到了一一对应的关系。在 PLC 程序编写过程中可对现场I/O 进行调用
20、和触发。实现现场 I/O 数据位和 PLC 存储器位对应，在 PLC主循环程序段编写程序，置位1756-DNB 模块通信寄存器，1756-DNB 作为主站把1756-DNB.CommandRegister.Run位置为1。通 过 硬 件 的 配 置 和 软 件 的 组 态，ISA 剥 机 组 的Device-Net 网络处于 RUN 的状态，实现及基于 Device-Net 的网络自动化控制的配置。3 剥离机组总线分布控制和传统集中控制方案的对比国内某特大型铜冶炼厂建厂时从日本引进了传统法机组，二期扩建时又从芬兰奥图泰引进了 ISA 法机组，其中，传统法机组采用 PLC 集中控制，PLC 输入
21、输出模块集中在配电室，现场配置端子箱，现场信号接入现场端子箱，由多芯电缆接入 PLC 输入输出模块；ISA 法机组控制现场信号接入现场模块输入输出，经过网络通信给 PLC 控制器运算。两种控制方式现场应用对比情况，见表3。表3 两种控制方式现场应用对比情况序号名称传统 PLC 控制总线分布控制1设备故障月率（h/月）2022 年电气故障平均 2.32022 年电气故障平均 1.12电气故障处理效率（h/次）2022 年电气故障处理 0.62022 年电气故障处理 0.23功能扩展性具备 I/O 扩展功能，硬接线具备 I/O 及网络通信扩展功能4维护难易程度日常线路维护，模块日常清扫维护日常线路
22、维护，模块日常清扫维护该剥离机组总线分布控制对电气日常维护和故障处理具有明显的优势，提高了设备开动率，降低了设备故障率。4 结束语生产实践证明，Device-Net 总线在剥离机组控制系统中的应用是成功的。ISA 剥离机组控制系统具有智能化、分布化、开放化等优点，节约了大量的控制电缆，拓扑结构设计灵活，优化了布线，现场电气控制盘柜安装配置灵活、工作稳定，更好地满足了设计的简捷性、美观性及合理性，提高了系统的稳定性、可靠性和扩展性，大幅降低了系统的维护成本。图7 1756-DNB信息图自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制
23、造与升级 39参考文献1 陈景文.基于DeviceNet总线的造纸机传动系统设计J.化工自动化及仪表，2011，38（4）：435-438.2 庞成立.基于现场总线的工业机器人智能控制研究J.煤炭技术，2012，31（9）：50-51，61.3 杨上华.DeviceNet总线在隔膜纸插入机中的应用J.中国设备工程，2018（8）：200-201.4 朱海涛.Device-Net现场总线在铝热连轧控制系统中的应用J.电工技术，2010（1）：40-41.5 张伟旗.阴极永久剥片机组常见设备故障的控制J.世界有色金属，2013（1）：41-45.6 江越文.阴极铜剥片装置的优化改造J.铜业工程，2
24、020（5）：95-98.7 钟骏.提高剥片洗涤机组洗涤质量实践J.铜业工程，2020（3）：95-98.8 江越文.提高阴极铜剥片机组链条使用寿命的实践J.铜业工程，2021（1）：92-95.9 李晓光.浅谈洗涤设备优化，提升产品质量J.铜业工程，2022（1）：74-76.10 罗明辉.减少阴极板损坏生产实践J.铜业工程，2020（4）：73-75.11 张伟旗，舒胜春.永久阴极剥片机组工艺装备设计创新及关键技术研究J.中国有色冶金，2015，44（3）：41-45.12 谢小春，童想胜.ASI总线技术在ISA阳极加工机组的应用研究J.中国金属通报，2016（12）：65-67.作者简介
25、马书泰（1983），男，山西临汾人，本科，助理工程师，主要研究方向为冶金装备及自动化控制。0引言2020年，我国颁布了关于加快煤矿智能化发展的指导意见，明确提出智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，是实现矿山减员增效、提升管理效益的重要措施。为了推进矿山智能化建设，机电运输系统智能巡检装置获得了广泛应用。这种装置的主要作用是替代人工完成设施设备的日常巡检，减少入井作业人员，以及降低作业人员劳动强度和安全风险，实现测温、读取设备运行参数、摄像、数据分析与缺陷管理等功能。因此，持续提升巡检装置的视频监测与自动识别能力，具有重要意义。1 工程概况国能新疆屯宝煤矿位于准南煤田硫磺沟矿区西部，其中主
26、斜井全长1400m，巷道内左右两侧各设置有两套自动机械设备，分别是主斜井钢丝绳芯带式输送机和主斜井架空乘人装置。巷道自然环境复杂，湿度高且爆炸性气体与粉尘弥漫，能见度差，不适合入井人员长时间滞留。因此，为了确保这两套机械装置能够安全、可靠地发挥效能，采用矿用多参数智能巡检装置取代人工进行巡检。多参数智摘要矿用多参数智能巡检装置是实现矿山智能化升级改造的关键设备，能够取代人工实现对巷道复杂环境中的机械设备工作状态进行自主监测。在解构矿用多参数智能巡检装置工作原理与系统组成的基础上，分析了在复杂环境中进行视频采集的技术原理，对现场视频摄录、视频特征提取和目标状态辨识等环节进行了理论解释。通过对机械设备工作状态识别技术的阐述，分析了智能巡检装置启动故障报警机制的条件。随机选择智能巡检装置在特定工作时长内的监测结果进行统计，验证了视频监测与自动识别技术的运行效果。关键词矿山智能化；多参数智能巡检装置；视频监测；目标自动识别中图分类号TD67 文献标志码A矿用智能巡检装置视频监测与自动识别技术分析石耀龙，黄伟，刘朝鑫（国能新疆屯宝矿业有限责任公司，新疆昌吉831114）
