魏德米勒产品在工业环境中的应用———魏德米勒自动化工厂

　　
  　　2010年3月8-11日，一年一度的2010中国广州国际工业自动化技术及装备展览会隆重开幕, 魏德米勒此次也重装上阵，全面展现魏德米勒产品在工业环境中的应用，“魏德米勒自动化工厂”的概念运应而生。自动化工厂，顾名思义是涵盖了工业控制标准的3层结构中所涉及的基础和应用产品。而魏德米勒的自动化工厂则包含了魏德米勒接线端子、PCB接插件、HDC产品、电子产品、接线盒、SAI、标记号类和工业以太网七大类，近百种产品。在应用方面，它汇集了当前3大主流控制方式：直连线控制；现场总线；工业以太网，并按工业控制标准的3层结构设计，从而将魏德米勒在各个方面的解决方案呈现在观众的面前。
  
  
展板介绍
  
一、 功能介绍：
  
　　该展板模拟了一个原料处理工艺。受热容器在PLC的控制下，将会依次移动到加热位置，进行加热直至合适的温度，再移动到冷却位置，风冷至预定温度，然后返回初始位置。
该工艺流程虽然简单，但是经过精心设计，能涵盖魏德米勒绝大部分产品线。
整个展板按照三层结构布局，如下图所示：
  
  

1、现场层
  
　　现场层有大量基础设备，如各种传感器，执行器等，工作环境往往比较恶劣，所以对于设备的防尘、防水、耐腐蚀性能都有着较高的要求。
  
　　这一层信号种类很多：可以是开关量，模拟量，也有智能设备的总线或网络数据
  
　　本层包含两个部分 ：
  
1、现场工作区域
   
  
   组成：
  
  　　在这个区域，共有6个开关量信号，其中3个接近开关告知PLC容器当前位置，是输入信号，接入SAI的DI。而电机，鼓风机和加热器由PLC控制启动和停止，是输出信号，由SAI的DO控制中间继电器实现。
魏德米勒的有源SAI防护等级高达IP67，可以就近安装在设备附近。相比传统的直连线，总线设备不仅能传输信号，更能提供设备状态、故障信息、传送参数，实现远程控制等。

  2现场操作箱
  
  
组成：
  
  
  　　在这里，现场操作箱的作用是就近接线，并实现参数显示和生产控制，类似于很多工厂的现场操作台。魏德米勒接线箱具有IP67的防护等级，能有效防止异物或液体进入，优质不锈钢的外壳能耐受腐蚀性气体。由于一般的电器元件，如隔离器，端子等不具有防护性能，必须将它们装在箱内，以得到最佳保护。
  
　　操作箱的前面板经过特殊加工，用有机玻璃板部分替代原有不锈钢板，以便更好地展示箱体内的魏德米勒产品。在面板上装有PMX420报警显示表头，可以直接显示温度值，并控制状态继电器。三个按钮分别实现：启动/复位/急停，观众可以亲自动手操作。而三个小型指示灯代表容器当前所处的位置。
  
　　生产现场有各种信号线和电源线，为了集中处理，需要就近接入接线箱。在进入接线箱或者其他封闭外壳时，需要有专门的穿板连接产品保证IP防护等级。魏德米勒的电缆接头和重载连接件可以实现这一功能。电缆接头可以连接多种线缆，而重载接插件安装灵活，带载能力大。在本块展板上，电缆接头连接的是多芯电缆，重载接插件连接的则是挠性管。
  
　　在箱体内部，装有魏德米勒的W系列端子，该系列端子非常薄，可以有效节约空间。另外还装有温度变送器Wave RTD Pro，它连接现场的热电阻传感器，将其电阻值线性转换为标准的4-20mA信号提供给PMX420报警显示表头。报警显示表头显示温度的同时配合两款继电器¬--MRS和MCZ实现了对状态指示灯的控制。为了能使报警指示灯闪烁，我们还使用了时间继电器BTM，它可以实现多种时间控制功能，在这里，它的任务是产生一个周期性的脉冲信号。
  
2、控制层
  
　　来自于工作区域的大量数据和信号最终会到达控制层。在控制层，有各种主控设备，如PLC，DCS，工控机等。控制器常见的信号有开关量信号和模拟量信号，此外还有各种通讯数据。

  1、控制柜
  
  组成：
  
  　　开关量信号的输入输出电路中一般采用光耦或晶体管，只能承载很小的电流，驱动小负载，同时由于每个通道的耐压值不高，现场如果干扰大，通道易被烧毁，所以往往用继电器实现扩容及隔离保护作用。魏德米勒提供各种中间继电器产品以及高度集成的接口板产品。在本系统中，大部分开关量没有使用传统的继电器实现，而是采用支持总线的现场I/O（有源SAI）实现。由于SAI就近安装于现场区域，所以减少了大量的接线，同时，有源SAI具有通道短、断路诊断，电源检测，现场馈电等功能，大大提高了系统的智能化程度。
  
　　相对于数字量信号，模拟信号在实际应用中更多的是采用传统的直连线。在本系统中，温度信号在现场接线箱内变成标准的4-20mA信号，然后向上连接到控制层。由于实际的现场往往存在各种干扰，比如感应过压，接地回路等，进入控制器的信号往往失真，甚至带有危险的高压，所以在控制器前，往往就近安装信号隔离器。魏德米勒的TTA万用隔离变送器，可以耐受4000V以上的短时高压，能很好好地保护控制器，另外它能直接连接多种传感器，采集数据，并通过告警的触点进行控制，几乎可以自成一个小型控制系统。
  
　　除了开关和模拟信号，控制器还要连接各种通讯线路。对于总线，魏德米勒可以提供总线连接器，与西门子PLC的D-sub接口相连。而路由器能分隔现场与控制层的网络，减少广播风暴，提高安全性。这里的无线网桥与现场接线箱内的另一个网桥配对，实现无线通讯，并实现无线?有线网络的协议转换。
  
2、光纤环网
   
  
  组成：
  
  

  　　一个大型的工厂，其设备往往分布较广，互相之间可能相隔几公里，另外还有很多电磁干扰。电缆有效传输距离一般不到100米，又容易受电磁干扰。光纤传输距离远，不受电磁干扰影响，所以经常被使用。为了连接光纤，交换机上就需要带有光纤接口，或者通过光电转换器实现连接。此外，工业以太网的连接必须非常可靠，不能一有故障就中断网络，所以必须有冗余结构。光纤环网是一种经济有效的网络冗余结构：环中任意一根光缆断开，交换机都能自动投用备用线路。魏德米勒采用自有的RapidRing协议，可以在断线发生后300ms内恢复通讯，目前魏德米勒的管理型交换机支持这项功能。

  3、监控中心
  
  组成：
  
  　　监控中心往往远离现场，所以光纤是最好的通讯介质。另外这里数据量较大，除了生产控制类数据包，还可能包括视频监控等其他数据，所以以太网是主要的通讯协议。在本系统中，由于网络设备不多，所以安装了一个3电1光的非管理型交换机，连接触摸屏和电脑。触摸屏上能看到主要的运行参数，也可以直接触碰屏幕上的图形界面进行控制，方便观众互动。如果连接电脑，可以通过专门的管理软件进行远程监控。另外如果知道现场网络摄像机的IP地址，就可以直接通过以太网观看图像，并且能控制它运动，从不同角度观察生产作业情况。
  
　　以上的五个部分分别为大家模拟了魏德米勒产品在工业中的一些简单的应用，以小见大，魏德米勒的产品在真正工业现场中的应用就更加数不胜数。
  
　　作为全球电联接专家，魏德米勒不断致力于为中国自动化市场提供最优质的产品、最及时的服务和最高效的本土行业解决方案，“魏德米勒自动化工厂”概念的推出将进一步提升魏德米勒整体的服务水准和创新能力，将为中国市场带来更多可靠选择。