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CAN現(xiàn)場總線技術(shù)在煙草制絲線上的應(yīng)用

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產(chǎn)品簡介

一、前言根據(jù)國際電工委員會（IEC）和美國儀表協(xié)會（ISA）的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通訊

詳細(xì)介紹

一、前言

根據(jù)國際電工委員會（IEC）和美國儀表協(xié)會（ISA）的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通訊。目前，國際上各種各樣的現(xiàn)場總線有幾百種之多，較的有FF現(xiàn)場總線、HART現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線、LONWORKS現(xiàn)場總線、PROFIBUS現(xiàn)場總線等。

現(xiàn)場總線控制模式具有協(xié)議簡單開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點，是工業(yè)自動化發(fā)展的趨勢。而作為在自動化控制方面走在前沿的卷煙生產(chǎn)企業(yè)，在近年來的卷煙技術(shù)改造過程中充分利用現(xiàn)場總線技術(shù)改造傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。其中，對香煙質(zhì)量起著舉足輕重作用的制絲生產(chǎn)線因其設(shè)備分散，且工藝變化多，對控制系統(tǒng)提出了靈活、有柔性、更新?lián)Q代方便等要求，這些要求正好給現(xiàn)場總線技術(shù)提供了大顯身手的舞臺。

二、CAN現(xiàn)場總線概述

CAN（ControllerArea Network）總線是一種有較好效率支持分散實時控制系統(tǒng)的串行通訊協(xié)議，并具有較高的安全等級。CAN總線可以被用于多主機系統(tǒng)，尤其適合于網(wǎng)絡(luò)智能型設(shè)備以及系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器件。在CAN網(wǎng)絡(luò)里沒有我們習(xí)慣印象中的設(shè)備地址號或站號，而是把信息區(qū)分成優(yōu)先次序發(fā)送。CAN總線由于其高可靠性及的設(shè)計，為許多行業(yè)所采用，目前已形成國際標(biāo)準(zhǔn)，并被*為幾種前途的現(xiàn)場總線之一。

三、現(xiàn)場總線選型說明

南寧卷煙廠6000kg/h制絲線電控系統(tǒng)現(xiàn)場總線選擇基于以下幾方面的考慮：

（1）現(xiàn)場總線的性能

（2）與現(xiàn)場總線連接的控制器的性能

（3）現(xiàn)場總線、PLC控制器器件提供商所能提供的監(jiān)控系統(tǒng)軟件及其與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接的性能

通過對比煙草企業(yè)常用的CAN總線及PROFIBUS總線，我們確定現(xiàn)場總線系統(tǒng)為DeviceNet（設(shè)備網(wǎng)）和ControlNet（控制網(wǎng)），器件廠商選擇美國AB公司，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

基于CAN總線的DeviceNet是一種易于連接的總線，用于PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊網(wǎng)絡(luò)。它可連接開關(guān)、拖動裝置、固態(tài)過載保護(hù)裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機界面等，傳輸速率為125-500kbps。DeviceNet通過一個開放的網(wǎng)絡(luò)，將底層的設(shè)備直接和車間級控制器相連，而無需通過硬線將它們與I/O模塊連接。世界范圍的150多個銷售商支持開放式DeviceNet。DeviceNet基于生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer）的網(wǎng)絡(luò)模式，可使控制數(shù)據(jù)同時到達(dá)操作的每一個單元，具有可靠和高效的數(shù)據(jù)處理能力。

基于CAN總線的ControlNet是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，用于對時間有苛刻要求的應(yīng)用場合的信息傳輸。作為層和以太網(wǎng)之間的中間通訊網(wǎng)絡(luò)，它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務(wù)。ControlNet同樣基于生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer）的網(wǎng)絡(luò)模式。ControlNet具有高吞吐量、資源共享、組態(tài)和編程簡單、支持冗余介質(zhì)、體系結(jié)構(gòu)靈活和安裝費用低等特點。

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照“以信息為基礎(chǔ)、管理為主導(dǎo)、控制為中心"的設(shè)計理念，南寧卷煙廠6000kg/h制絲線電控系統(tǒng)按功能劃分為三個層次（見圖2），即：信息管理層，過程控制層，現(xiàn)場設(shè)備層。其中：

（1）設(shè)備控制層：采用DeviceNet連接各BL20分布式I/O站、變頻器、電子秤、核子秤、水分儀、操作面板等，通過具備現(xiàn)場總線接口的主控制器（SLC504或Logix5555）實現(xiàn)對各工藝段設(shè)備的組合和單機控制，以此滿足生產(chǎn)要求。

（2）集中監(jiān)控層：作為控制系統(tǒng)的入機交互接口，通過監(jiān)控計算機PC和RSView32監(jiān)控軟件實現(xiàn)對生產(chǎn)線的組合操作、狀態(tài)監(jiān)控、工藝參數(shù)控制參數(shù)顯示和設(shè)定、故障診斷定位和報警顯示、記錄等。

（3）信息管理層：負(fù)責(zé)處理全線運行過程中的綜合信息，包括人工檢測和錄入工藝、設(shè)備、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，并提供完整的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和各種分析圖表等。

五、系統(tǒng)功能

1、設(shè)備控制層功能

（1）全線及分段順序啟/停，設(shè)備加工動作的自動控制；

（2）采集溫度、壓力、水分、流量等過程參數(shù)，進(jìn)行閉環(huán)自動控制；

（3）緊急停機；

（4）接受控制室控制指令、調(diào)度指令、參數(shù)調(diào)節(jié)指令，采集現(xiàn)場信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送至集中監(jiān)控層和信息管理層；

（5）貯柜根據(jù)工藝要求自動切換；

（6）對被控電機提供完善的過流、過熱、缺相、短路保護(hù)功能；

（7）采用聲、光報警，具有完善的故障檢測及報警提示功能。

2、集中監(jiān)控層功能
（1）監(jiān)視功能

a.模擬顯示各部分設(shè)備運行狀況，包括設(shè)備主要動作的動態(tài)顯示、電機的運行狀況、測控元件狀態(tài)；

b.工藝參數(shù)顯示，包括數(shù)字、棒圖、趨勢圖等形式；

c.報警顯示，用文本或窗口彈出的方式顯示當(dāng)前報警的時間、位置、內(nèi)容。設(shè)報警綜合顯示界面，顯示歷史報警的信息；

（2）控制功能

a.全線或局部的啟/停及其它操作

b.工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、查詢

c.分級管理

d.在線編程功能

（3）在線診斷幫助功能

a.診斷功能，出現(xiàn)故障時給出故障的內(nèi)容及解決方案。

b.幫助功能，提供給操作人員進(jìn)行操作和維護(hù)的在線幫助支持。

3、信息管理層功能

（1）生產(chǎn)管理

（2）工藝管理

（3）質(zhì)量管理

（4）設(shè)備管理

（5）報表生成

六、系統(tǒng)特性

與傳統(tǒng)的控制模式相比，基于現(xiàn)場總線控制模式的南寧卷煙廠制絲生產(chǎn)線電控系統(tǒng)具有以下特點：

（1）用分布式I/O代替集中I/O，用總線通訊代替點對點通訊，使系統(tǒng)配置占地面積大大減少，控制電纜、動力電纜和橋架費用減少70%，降低了系統(tǒng)安裝成本?，F(xiàn)場I/O箱實現(xiàn)設(shè)備就近驅(qū)動，大大節(jié)約安裝調(diào)試時間。

（2）工藝段劃分合理，本電控系統(tǒng)基本上以物料存貯設(shè)備（各類貯柜）作為獨立工藝段的分割點，使得各工藝段的設(shè)備工作狀態(tài)相對獨立。當(dāng)其中某工藝段設(shè)備故障停機甚至掉電時，并不影響其它工藝段的設(shè)備運行。同時基于成本方面的考慮，在控制段的劃分上根據(jù)工藝段的歸屬設(shè)置統(tǒng)一的CPU。全電控系統(tǒng)包括12個獨立工藝段，由8個控制段分別實現(xiàn)控制。

（3）系統(tǒng)組態(tài)靈活，能迅速適應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的調(diào)整。設(shè)備數(shù)量的變化只需更改對應(yīng)的現(xiàn)場I/O箱內(nèi)的配置和控制程序的少量修改。

（4）充分利用CAN總線的開放性，來自不同廠商的執(zhí)行器件（如變頻器、電子秤/核子秤）、連續(xù)檢測設(shè)備（如水分儀、紅外測溫儀）或自帶控制系統(tǒng)的主機設(shè)備（如切絲機）均采用現(xiàn)場總線連接，減少了模擬量模塊的數(shù)量，提高了數(shù)據(jù)傳送的快捷性、準(zhǔn)確性，節(jié)約了安裝時間，方便調(diào)試及診斷，從而為進(jìn)一步實現(xiàn)全線流量、水分、溫度的控制精度提供了保證。整條制絲生產(chǎn)線水分控制精度為1%；溫度控制精度為2～3℃，配比精度為1%。

（5）充分利用DeviceNet、ControlNet在系統(tǒng)可靠性、實時性、抗干擾性、硬件診斷、系統(tǒng)組態(tài)等方面的優(yōu)良性能及CAN總線確定性的數(shù)據(jù)傳輸，十分便于系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)。

（6）在元器件的選型上，充分對比了相關(guān)牌號的同類產(chǎn)品，從可靠、實用、美觀、性價比高等多方面考慮，選擇了相關(guān)元器件。例如選擇了日本Digital公司Proface觸摸屏，選擇TURCK公司B120系列現(xiàn)場I/O產(chǎn)品及電機啟動器，選擇丹佛斯的變頻器等。這些產(chǎn)品通過現(xiàn)場總線端子或網(wǎng)卡與CAN總線有機結(jié)合，充分體現(xiàn)了現(xiàn)場總線開放性好、兼容性強的特點。

（7）在信息管理層采用交換式以太網(wǎng)、基于客戶機/服務(wù)器體系的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、大容量高可用度磁盤陣列等成熟的計算機技術(shù)，為生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析提供強有力的保證。

七、結(jié)束語

南寧卷煙廠6000kg/h制絲線電控系統(tǒng)由中國火箭運載技術(shù)研究院下屬北京長征高科技公司承制，于2003年5月投入運行。檢測數(shù)據(jù)表明，新制絲線流量、水分、溫度、摻兌的穩(wěn)定性、均勻性都有較大幅度提高，使南寧卷煙廠的產(chǎn)品整體質(zhì)量上升到一個嶄新的水平。同時，該系統(tǒng)在品牌選擇實現(xiàn)化組合方面進(jìn)行了大膽的探索，為新一代煙草制絲線控制系統(tǒng)提供了成功的范例，必將大大促進(jìn)CAN現(xiàn)場總線技術(shù)在煙草行業(yè)的更大規(guī)模應(yīng)用。

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