電解鋁槽控機(jī)通訊系統(tǒng)淺談

孟曉寶

摘 要：電解鋁槽控機(jī)的通訊系統(tǒng)采用光纖通信技術(shù)與CAN總線(xiàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行通訊，CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）的簡(jiǎn)稱(chēng)， 是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊具有抗干擾性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、通信準(zhǔn)確、穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸率高的性能。基于CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)通訊解決了長(zhǎng)距離通訊性能不穩(wěn)定的問(wèn)題，使控制平穩(wěn)、提高控制質(zhì)量，減少效應(yīng)次數(shù)，使電流效率有較大的提升。

關(guān)鍵詞：CAN總線(xiàn)；槽控機(jī)；通訊故障

0 前言

目前，鋁電解生產(chǎn)系列均是以多臺(tái)串聯(lián)式直流鋁電解槽組成，每臺(tái)鋁電解槽配置一臺(tái)槽控機(jī)，鋁電解槽控機(jī)通訊系統(tǒng)采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。將槽控機(jī)設(shè)計(jì)為多CPU網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，按照采樣、操作、解析與顯示個(gè)數(shù)相對(duì)獨(dú)立的功能設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)智能化的功能模塊（電路板），各模塊均有自己的CPU，可相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行，并通過(guò)內(nèi)部CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)彼此間的數(shù)據(jù)交換和多CPU協(xié)同工作。

某鋁業(yè)公司電解槽槽控系統(tǒng)由槽控機(jī)、通訊設(shè)備、接口機(jī)、服務(wù)器、語(yǔ)音報(bào)警機(jī)等幾部分組成，鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-1.在機(jī)房與現(xiàn)場(chǎng)之間，系統(tǒng)采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，光纖通信技術(shù)與CAN總線(xiàn)相結(jié)合可以從根本上提高通訊的速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，采用光纖傳輸，明顯降低信號(hào)的衰減程度，從而為提高信號(hào)質(zhì)量通訊信號(hào)解決傳輸過(guò)程中容易失真和抗干擾性差等問(wèn)題。

1 CAN總線(xiàn)通訊

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡(jiǎn)稱(chēng)。CAN總線(xiàn)通訊和電流信號(hào)通訊，均并聯(lián)于總線(xiàn)上，適用于工業(yè)過(guò)程控制主設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備之間的互聯(lián)，信號(hào)在總線(xiàn)的傳輸是以頻率波形的形式傳送的 由于外界的干擾，會(huì)在總線(xiàn)上形成雜波，而電子器件對(duì)波形的識(shí)別是通過(guò)一定頻率的采樣， 也就是常說(shuō)的積分或微分，然后變換成數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)識(shí)別，這個(gè)波形的識(shí)別是在一定的 信號(hào)幅度上的，當(dāng)雜波干擾過(guò)強(qiáng)或器件老化以后，其相位頻率差就出現(xiàn)了，造成采樣錯(cuò)誤， CAN總線(xiàn)和電流總線(xiàn)上均可能出現(xiàn)這樣的情況，為避免因雜波干擾出現(xiàn)通訊故障影響生產(chǎn)，電解鋁槽控系統(tǒng)均采用通訊電纜使用雙絞線(xiàn)及安裝壓敏電阻的方法用以確保通訊正常。

通常檢查CAN總線(xiàn)通訊的方式為通訊電纜是否短路、動(dòng)力箱接線(xiàn)端子上的總線(xiàn)電纜是否有毛刺，在確定沒(méi)有問(wèn)題后需考慮是否現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化導(dǎo)致壓敏電阻的安裝位置需要調(diào)整或壓敏電阻損壞。

2 光纖通信技術(shù)

光纖通信技術(shù)（optical fiber communications是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱(chēng)之為“有線(xiàn)”光通信。當(dāng)今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。

從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如話(huà)音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息.

3 鋁電解槽控機(jī)通訊

某鋁業(yè)公司在現(xiàn)場(chǎng)將CAN-BUS信號(hào)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通訊方式，通過(guò)光纜送入控制室，再通過(guò)光電收發(fā)器和交換機(jī)和管理機(jī)通訊。系統(tǒng)采用高性能工業(yè)級(jí)CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，內(nèi)部集成2路CAN總線(xiàn)接口、1路以太網(wǎng)接口，自帶成熟穩(wěn)定的TCP/IP協(xié)議棧，建立CAN-以太網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，

這樣做解決了采用“局域網(wǎng)—生產(chǎn)監(jiān)控—槽控機(jī)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)分布式控制結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)由安裝在原料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的槽控機(jī)（控制級(jí)）和安裝在計(jì)算機(jī)站的管理機(jī)（生產(chǎn)監(jiān)控管理級(jí)）以及安裝在原料車(chē)間區(qū)長(zhǎng)室內(nèi)的原料車(chē)間工作站組成。每個(gè)工區(qū)內(nèi)的槽控機(jī)采用CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)連接，每個(gè)區(qū)的CAN-BUS在車(chē)間進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，送入控制室信號(hào)分配柜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，再送入管理機(jī)中的PC-CAN通訊卡上進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的隨著系列電解槽數(shù)的增加和槽型的加大，每個(gè)工區(qū)到控制室的通訊距離相對(duì)的增加，CAN-BUS總線(xiàn)的傳輸距離和傳輸速度會(huì)受到制約，同時(shí)位于管理機(jī)中的PC-CAN通訊卡由于是非標(biāo)產(chǎn)品，隨著后期工控機(jī)性能升級(jí)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，安裝和維護(hù)相對(duì)較麻煩的缺點(diǎn)。

4 通訊故障類(lèi)型

接口機(jī)、槽控機(jī)通訊過(guò)程中較為常見(jiàn)的通訊故障為單槽無(wú)通訊、多槽無(wú)通訊、工區(qū)無(wú)通訊等，發(fā)生通訊故障直接影響到了參數(shù)下發(fā)、語(yǔ)音報(bào)警、數(shù)據(jù)采集與匯總、報(bào)表生成等一系列問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。當(dāng)部分車(chē)間、工區(qū)、單槽發(fā)生無(wú)通訊故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)進(jìn)行采集，更不能保證對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行有效的調(diào)整和控制。

為避免因通訊故障導(dǎo)致上述情況的發(fā)生影響電解的精藝生產(chǎn)，鋁電解槽控機(jī)通訊故障可分為總線(xiàn)故障、光纖故障、通訊轉(zhuǎn)換故障、地址故障等故障類(lèi)型。

為避免出現(xiàn)上述類(lèi)型通訊故障需將服務(wù)器及交換機(jī)等設(shè)備安裝在陰涼干燥的機(jī)房當(dāng)中，當(dāng)接口機(jī)與槽控機(jī)通訊頻率設(shè)定在適當(dāng)范圍內(nèi)，可以保證槽控機(jī)與接口機(jī)正常的通訊，定期查看光纖收發(fā)器的信號(hào)是否正常，檢查通訊轉(zhuǎn)換模塊信號(hào)是否正常，在確保槽控機(jī)的BCD地址碼設(shè)置正確后嚴(yán)禁他人隨意改動(dòng)。

5 結(jié)論

鋁電解槽控機(jī)通訊系統(tǒng)是鋁電解生產(chǎn)的核心，只有保證通訊系統(tǒng)的正常才能保證平穩(wěn)生產(chǎn)，才能保證鋁電解實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，能夠有效的降低電解工的勞動(dòng)強(qiáng)度。