分布式控制在化纖設備中應用技術分析

【摘要】本文基于分布式控制系統的理論，以化纖機械的控制設備為研究對象，通過分析分布式系統和化纖機械的控制設備的現狀、發展方向及趨勢，并結合具體的工程實踐，提出了適用控制對象特點的分布式的系統方案。

【關鍵詞】分布式控制系統;化纖設備

【中圖號】TQ340.5【文獻標示碼】A【文章編號】1005-1074(2009)03-0086-01

伴隨中國加入 WTO后受到化纖原料和化纖廠規模小、勞動生產率低等因素的影響，國內小化纖受沖擊較大，而這類小化纖又是國產設備主要供應對象。本文就分布式控制在化纖設備的應用技術進行相關討論。

1分布式技術發展與化纖設備現狀分析

分布式系統在工業控制中的典型應用是集散控制系統 (Total Distributed Control System，簡稱TDCS)。分布式系統是多處理器系統，多個處理器以分散的控制設備來適應分散的過程對象，分別針對各自的對象完成相應的任務并構成子系統，各子系統間通過信道進行信息交換，關系密切協調完成系統分配的任務。

從理論上講，TDCS系統可以應用于各種行業，但是由于制造商自己特定的經驗，產品的繼承性和傳統的市場方向，造成其設計重點各不相同網。化纖行業有其自身的特殊性，尤其是小型化纖企業限于生產規模及成本、產品種類、工藝流程、人員素質等諸多因素，控制設備基本上采用單機的集中式控制方式。

2分布式系統概述

由于分布式控制系統具有高效率，高性價比，高可靠性，易維護，便于設備系列化規范化等特點。目前廣泛應用于各種生產過程，提高了生產自動化水平，管理水平，勞動生產率和產品質量，降低能源消耗和原材料消耗，保證生產的安全，促進工業技術發展。由于設計者和應用環境不同，致使構建系統的方法和開發技術也就可能不同。在此，比較常見的三個典型結構為：總線結構、環形結構、超立方體結構。傳統的分布式控制系統具有集中監控、分散控制、操作方便的特點。但是，在實際應用中也發現其結構存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險仍然相對集中;系統的不開放性，不同廠家的產品互換、互聯存在技術壁壘，限制了用戶的選擇范圍。利用現場總線技術，開發FCS (Fieldbus Control System)系統的目標是針對現存的 DCS的某些不足，改進控制系統的結構，提高其性能和通用性。FCS想要在實際中取代 DCS，既要具備 DCS所具有的功能，又要能克服 DCS的缺點。FCS由于采用了現場總線技術，在開放性、控制分散性等方面優于傳統 DCS。但是由于它是一種新技術，目前連標準本身都還沒有統一。因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些缺憾:由于現場總線標準本身尚在發展中，從而給產品的開發和測試帶來難度;在某些場合中，FCS還無法提供 DCS已有的控制功能;目前FCS成功的應用實例不多，難以評估其實際的應用效果.

3系統方案實例比較分析

3.1設計對象要求分析植物蛋白纖維 (中試)控制系統設計要求:①模擬量，21個溫度控制點，控制范圍600°C~3000°C，控制精度±1°C，由于控制對象—熱箱的慣性較小，要求控制的實時性較高;②數字量:開入 11點；③回速度控制:由8臺變頻器通過數字設定方式控制;④人機接口:由QPYD-05型液晶控制器控制的八色640*480點陣液晶提供顯示；20鍵自定義鍵盤完成系統配置參數的輸入。

3.2系統結構方案分析比較

3.2.1系統方案選擇系統結構的優劣直接關系到系統性能，因此是系統方案選擇的重要環節。通過關于網絡結構性能指標，首先對三種拓撲結構進行比較。通過比較可以得出以下結論，環型結構和超立方體結構的通信接口電路無論從數量或功能上都不利于降低系統的成本，并且通信軟件的編制工作量大；從系統任務分析，速度控制點和溫度控制點分布在生產線上。實時性要求高；系統中速度控制單元和溫度控制單元之間的禍合程度較低，而以上兩單元與人機接口單元的禍合程度較高；考慮通用性問題在結構設計中應考慮嵌入其它分布式系統或其它控制設備的嵌入；總線的負載能力估算和總線的驅動能力也是結構設計中考慮的重要問題。

3.2.2系統方案提出分析系統任務負荷分析包括以下幾個方面，人機接口單元、速度控制單元、溫度控制單元。綜合上述提出以下提供兩種拓撲結構，一種是采用主從式單串行總線拓撲結構，一種采用采用分級分布式總線結構。主從式單串行總線拓撲系統特點是相應的硬件電路簡單、通信規約便于統一、支撐軟件編制容易，但系統擴展能力比較差，同時總線的利用效率差。在控制功能及位置上溫度控制模塊，速度控制模塊和人機接口模塊上是分布的，同時這種結構采用公用總線，通信模塊一致性較好。但是，如果將速度控制單元作為系統數據交換的中心，則溫度控制單元和人機接口單元的數據交換將不得不通過速度控制單元轉發。使速度控制單元成為系統通信的瓶頸，進而系統實時性的要求限制了系統的擴展能力。

3.2.3通信協議方案分析關于通信協議的選擇，由于實施方案采用單串行總線，所以通信協議最簡捷的方案是選用同一協議。具體的來說，物理層協議:兩個層面中均采用單片機的串行口異步通信方式，通信總線接口采用RS485標準接口。通信速率19 200bps；數據鏈路層協議:現場實際應用方案中，為了兼顧變頻器采用ModBus協議，從而簡化了結構對硬件的依賴。應用層協議:應用層根據系統數據采集和控制工作過程采用主從方式管理通信。主機對從機采用輪詢方式通信，從機之間不能直接進行通信。系統中可采用采集數據的有連接輪詢通信和緊急數據的定時輪詢及例外報告響應相結合的通信方式，既滿足采集數據的可靠傳送，又滿足了通信實時性的要求。

參考文獻

[1]王德誠. 世界化纖設備能力動向[J].合成纖維工業， 2002，(02)

[2]徐鐵.變頻器在化纖設備中的應用[J]. 變頻器世界， 2005，(05)