基于現場總線的工業設備網絡控制系統分析

肖 軍，苑傳林，劉 龍

大連東軟信息學院電子工程系

基于現場總線的工業設備網絡控制系統分析

肖 軍，苑傳林，劉 龍

大連東軟信息學院電子工程系

現代工業控制系統是一種全網化的控制系統，通過網絡能夠實現信息的實時反饋，與傳統的控制系統相比較，這種新型的系統中的控制數據都是經互聯網實現傳輸的，控制任務的完成需要網絡節點間緊密協調來完成。工業設備控制中引入網絡，促進了現場控制與上層管理之間的聯系。網絡化控制系統具有資源共享、易于擴展以及高效可靠的特點，在工業設備控制中能夠實現對現場設備的實時監控和統一管理，從而有助于增強企業的生產水平。本文就基于現場總線的工業設備網絡控制系統結構進行綜合分析。

現場總線；工業設備；網絡控制系統；分析

一、現場總線控制系統概述

現場總線系統是一種分布式實時系統，該系統的組成結構主要分為三個部分，分別是控制網絡層、企業內部網絡層以及決策支持層。控制網絡層通過與上層管理網的連接，能夠將工業現場的各種參數以及數據上傳到上級管理網絡中，從而為管理層的決策提供基礎資料，實現管控一體化。此外，現場總線是面向現場控制設備的一個開放互聯系統。由于工業現場中存在大量的傳感器以及控制器等現場設備，這些設備的分布范圍也比較大，對于控制這些設備的工業底層網絡而言，采用單個節點對信息進行控制時，控制的信息量不會太大，難以滿足信息傳輸的實時性及快速性的要求，不能夠滿足工業現場的需求。為了實現工業現場的實時性要求，需要對具體應用對象的功能要求進行合理的選擇。網絡層設計是解決工業信息傳輸實時性的有效方法。網絡層設計中需要綜合考慮主要技術，一方面，要求數據傳送的可靠性、實時性，對于一些進行設備改造的制造行業中，在設計過程中還應該考慮到網絡的開發成本以及維護成本。

二、基于CAN的工業設備控制系統設計

（一）網絡系統的選擇

以印染工業現場的設備控制為例，在實施中可以選擇CAN作為網絡。這種網絡系統的實時性較高，其總線具有極高的利用率，能夠實現多種工作方式，信息的發送可以通過網絡任意一個節點向其他的節點發送。CAN網絡上的節點分為不同的優先等級，在進行信息傳輸的過程中，如果數據同時進行傳輸，優先等級較低的節點就會主動停止法傳送信息，但是優先等級較高的節點信息傳輸不會受到任何影響，不僅節省了總線沖突仲裁的時間，同時還能夠避免網絡出現癱瘓的狀況。此外，利用這種網絡系統進行數據傳輸，最長的數據段長度字節為8個，不會對總線傳輸的時間造成影響，從而最終使得通信的實效性得到保障。從網絡系統傳輸的可靠性方面來講，CAN協議采用了CRC效驗方式，能夠提供錯誤處理的功能，從而使得數據通信的可靠性功能得到保障，一些信息一旦在發送的過程中遭受其他人的破壞，可以重新進行發送，信息發送錯誤嚴重的情況下節點就會主動退出總線。此外，從信息發送的靈活性方面來講，CAN總線具有自行定義通信協議的功能。不僅如此，CAN與PC機以及微控制器之間的接口較為方便。對PC工口控機進行操作時，可以直接使用具有PCI總線的CAN總線控制器板卡，然后將PC工控機聯入網絡，從使用的成本上進行考慮，CAN的總線成本相對較低，網絡介質的選擇可以采用雙絞線作為主要的介質。

（二）智能控制器的總體設計

在印染工業當中，染缸智能控制器的主要任務就是對染缸的溫度以及運轉情況進行整體控制，然后通過CAN總線將染缸的溫度信息以及設備運行的具體狀況傳送給管理層。染缸智能控制器的設計核心主要是以50片單片機為主，主要完成四項功能，首先是對溫度數據進行采集，對數據進行轉換處理，其次是對檢測開關量的輸入狀況，控制繼電器的輸出；緊接著是通過鍵盤輸入數據，最后一項就是CAN總線接口。其中，溫度控制的好壞狀況將直接影響到工業制造中產品的質量，轉換器的選擇直接關系到整個系統的工作精度。為了保障轉換器能夠具有較高的進度，并且不會影響到轉換器的效率，可以選擇典型的12位雙積分的轉換器，并且這種轉換器具有較強的接口功能，方便其與微處理器之間的連接。此外，考慮到連接溫度測量電阻的導線在運行過程中容易引進工頻干擾以及其他形式的輻射，為此，可以選擇雙積分轉換芯片，這樣能夠較好的抑制工頻干擾。控制器節點電路圖如下所示：

圖一電路原理圖

（三）系統運行中采取的抗干擾性措施

工業生產車間中，很多設備都是強電并且功率較大的設備，直流電機在貢獻過程中采用可控硅整流供電，就會對電網的運行造成嚴重的污染。如果控制其中的繼電器以及中間接觸器斷開時，就會產生電磁輻射，從而對控制器的正常工作造成嚴重的影響。從中能夠看出，微控制器的運行環境存在潛在的危險性，需要在系統設計過程中采取一定的干擾措施來解決這些問題。可以采用輸入以及輸出信號隔離措施，對狀態進行實時控制，將控制器與強電回路之間進行連接，然后采取隔離措施，例如對光電隔離措施的應用。從而增強系統本身的抗干擾性能力，保障生產設備的正常運行。

結束語

在工業生產中，基于現場總線的設備管理系統設計，通過智能控制器能夠連接工業生產現場的監控以及數據通信系統，這種系統的使用能夠增強企業的生產效率，并且對各種設備的控制精度遠遠高于人工控制。不僅如此，智能控制器的使用能夠提高產生質量，減少企業生產中造成的污染，使整個企業的經濟效益得到快速的提升。網絡化系統的集中管理促進了企業生產安排以及數據分析的一體化管理，對工業企業的發展起到很大的促進作用。

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