工業實時以太網（EPA）在陶瓷壓機上的應用

摘要：本文主要介紹了EPA在陶瓷壓機上的應用，并使用先進的嵌入式控制系統與分布式設計相結合的方式進行控制，從而實現了對陶機設備參數的實時采集、實時處理、遠程診斷、控制、系統柔性管理等功能，滿足了陶瓷機械設備用戶個性化配置的需求。

關鍵詞：陶瓷壓機；EPA；嵌入式系統；分布式設計

1 前言

目前陶瓷壓機運用EPA網絡集散控制系統可以最大限度地提高其運行安全可靠性，減少控制器響應時間，保證信號實時無衰減的輸送，也便于設備維護，提供最大數量設備單元網絡拓補，從而達到提高經濟效益的目的。設備采用可編程計算機控制器（Programmable Computer Control，簡稱PCC），它具有開放性好、速度快、運算能力強、實時性好、編程語言豐富、功能強大、抗惡劣環境等特性，能很好地解決陶瓷設備的安全、可靠、可擴展性、便利維護、經濟等問題。

隨著工業以太網技術、現場總線技術、信息技術的飛速發展以及日益成熟，網絡的應用可以讓高層管理人員不用去車間就能直接獲得工業現場的數據信息，從而實現工廠管理與生產現場的無縫集成。根據陶瓷生產線的特點，設計了基于EPA網絡和現場總線的陶瓷設備控制系統的整體解決方案。本文以科達陶瓷壓機的控制系統為例，介紹了基于工業PCC、EPA工業以太網絡、變頻器通訊、現場總線單元的陶瓷壓機自動控制系統的實現，同時支持EtherNet、Profibus、CANopen、DeviceNet、SERCOS、Modbus、RS232/485、Lightbus等多種協議設備的鏈接。工業PCC通過EPA工業以太網絡與現場控制設備建立通信，實現實時數據采集和對設備的自動控制。

2 陶瓷壓機結構及工作原理

2.1陶瓷壓機的結構

陶瓷壓磚機是一種用來生產建筑用瓷磚的機械設備，根據所生產的瓷磚大小及種類的不同，壓機也分為不同的型號，一般是用壓機主油缸的壓制噸位來區分，例如筆者公司的壓機，就分為KD1300、KD1800、KD2100、KD3200、KD3800、KD7800等。盡管型號上有差異，但在結構和工作原理上基本相同，本文主要以KD3800壓機進行闡述。

陶瓷壓機主要由泵站、橫梁、頂出三部分組成。細分到閥組，可以分為五個部分：泵站閥組、氣動閥組、橫梁閥組、加壓閥組、頂出閥組，如圖1所示。

2.2陶瓷壓機的工作原理

泵站閥組和氣動閥組為壓機的運動部件，為活塞等提供動力，當壓機的前一道工序料車將粉料填入模具之后，橫梁閥組控制橫梁將粉料壓實；隨后加壓閥組進一步對粉料進行加壓，根據工藝要求加壓到一定的壓力；保壓相應的時間后，橫梁閥組再次將橫梁提升，同時頂出閥組控制頂出機構，將成形的磚坯頂出模腔：隨后由料車將磚坯推出工作位，并對模腔進行填料，從而進入下一個循環。

3 基于EPA的陶瓷壓機分布式控制系統

原有的陶瓷壓機是以傳統的PLC連接實現控制，具體方式如圖2所示。傳統的PLC控制方式，安裝IO模塊的控制柜與各現場執行機構的距離較遠，在現場布線時往往顯得雜亂無章，客戶很不滿意，機器美觀很受影響。再者陶瓷廠生產環境中的粉塵非常多，現場生產條件相對較差，控制柜與現場過長過多的走線混在一起，會使故障點增多，不便于現場維護。

2007年11月，EPA（Ethernet for Plant Automation）實時以太網，被IEC（國際電工委員會）接收為現場總線國際標準，EPA是在自動化領域由我國完全擁有自主知識產權的第一個也是唯一的國際標準。EPA被發布為第14類型TYPE14現場總線國際標準（IEC 61158-3-14），可適用于不同應用場合的現場總線國際標準之一。其結構如圖3所示。

工業以太網（EPA）現場總線控制系統中每一個設備均具有獨立的控制功能，通過軟件統一組態后，可將控制任務分散到不同設備中，形成全分布式控制，由主干網絡的主控器管理相應擴展網絡的從設備，人機界面軟件或本地監控觸摸屏直接訪問主控器即可實現對主控器及其從設備的監控。而從設備也可以全部或部分作為主控器的擴展I/O，由主控器完成控制，實現傳統集中式PLC系統的功能。實現傳統集中式PLC系統的應用情況如圖4所示。

將現場的各模塊如圖4連接后，便可以利用軟件對其進行硬件組態，首先將裝有組態軟件的電腦與控制器相連，接著點擊“硬件掃描”，軟件便會自動地將所有連接好的硬件模塊順利地掃描：然后再對各個不同的組進行命名，方便以后的操作與維護做到一目了然：然后將掃描好的各硬件上的輸入、輸出點與事先編好的變量進行一一鏈接，為下一步做好準備工作。

編程語言一般有五種：順序功能圖（Sequential Func-tion Chart）、梯形圖（Ladder Diagram）、功能塊圖（Function Block Diagram）、指令表（Instruction List）和結構文本（Structured Text）。其中，順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）是圖形編程語言；指令表（IL）和結構文本（sT）是文字語言。可以根據自己的喜好與編寫的方便進行選擇。圖5是程序編寫的結構與具體程序的一部分。

4 結論

本文通過對傳統PLC控制與EPA分布式控制系統的比較，可以看出EPA分布式控制系統具有以下優勢：

（1）現場各控制點的模塊實施就近安裝，使機器外觀更加美觀、結構更加緊湊；

（2）各現場控制模塊之間由EPA現場總線來進行連接，如此大大減少了現場電線的數量，使得故障更少，維護更方便；

（3）由于EPA的先天優勢，可以將現場的控制器做為因特網上的一個站點，通過互聯網直接連接，可以很方便地實現工程師對現場設置的遠程維護，大大節約了時間、降低了生產成本。

筆者現場實現了PCC控制系統實時對現場單元模擬量輸入、輸出/數字量輸入、輸出功能，包括對溫度、位移、轉速等物理量的數據采集及控制。數據傳輸速率在10m/s以上，通訊響應時間均小于1ms，支持IEC6L131-3組態編程，搭建一個完備的網絡連接，成功實現EPA網絡協議標準在陶瓷壓機設備上的應用。