紡織生產(chǎn)控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線的研究及其應(yīng)用

3.3CAN現(xiàn)場總線
CAN的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用了符合ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型的三層結(jié)構(gòu)模型：即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，網(wǎng)絡(luò)的物理層和鏈路層的功能由 CAN接口器件完成，而應(yīng)用層的功能由處理器來完成。通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性；采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，抗干擾；節(jié)點(diǎn)分不同優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時性要求。其傳輸介質(zhì)可以用雙絞線、同軸電纜或光纖等，通訊速率最高可達(dá)1Mbit/s（40m），直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（5kbit/s）。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：汽車制造、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散性I/O、工具機(jī)床、醫(yī)療器械。
3.4Lonworks現(xiàn)場總線
LonWorks采用了與OSI參考模型相似的7層協(xié)議結(jié)構(gòu)，LonWorks技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。 Neuron芯片實(shí)現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議，節(jié)點(diǎn)間可以對等通信。LonWorks通信速率為 78Kbit/s～1.25Mbit/s，支持多種物理介質(zhì)，有雙絞線、光纖、同軸電纜、電力線載波及無線通信等；并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)靈活。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：工業(yè)控制、樓宇自動化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有優(yōu)越的性能。
3.5WorldFIP現(xiàn)場總線
WorldFIP現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)分為過程級、控制級和監(jiān)控級等3級，其協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。其通信速率有 31.25Kbit/s、1Mbit/s、2.5Mbit/s、25Mbit/s。傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線和光纖。它能滿足用戶的各種需要，適合于集中型、分散型和主站／從站型等多種類型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。用單一的WorldFIP總線可滿足過程控制、工廠制造加工和各種驅(qū)動系統(tǒng)的需要。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：電力工業(yè)、鐵路、交通、工業(yè)控制、樓宇。
4基于現(xiàn)場總線技術(shù)的紡織生產(chǎn)控制系統(tǒng)
紡織工業(yè)的信息化建設(shè)是未來幾年紡織工廠的追求和建設(shè)重點(diǎn)，而數(shù)字化的紡織生產(chǎn)體系正是其不可或缺的基礎(chǔ)。它將全面提升紡織工廠的管理水平，對工廠的技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)和服務(wù)推動的進(jìn)步都將產(chǎn)生直接的明顯的推進(jìn)作用。
數(shù)字化的紡織機(jī)械采用現(xiàn)代先進(jìn)的控制技術(shù)：以CPU為核心的控制器，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的新型驅(qū)動技術(shù)，以現(xiàn)場總線技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò)及高速數(shù)據(jù)通訊技術(shù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時準(zhǔn)確采集和高速傳輸，實(shí)現(xiàn)分布式、現(xiàn)場化和抗干擾性能的提高，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化，完成紡織機(jī)械與現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)的結(jié)合，為紡織企業(yè)的信息化從設(shè)備層打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
現(xiàn)場總線控制層是各種生產(chǎn)信息的來源。各種棉紡、織造、印染機(jī)械的控制器只要具有現(xiàn)場總線通訊接口，通過適當(dāng)?shù)木幊?，就可以將機(jī)械的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時傳送到監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線監(jiān)控層完成車間級設(shè)備檢測和控制。應(yīng)用組態(tài)軟件編程和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，整合車間內(nèi)各個單臺機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)，以清晰友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)全車間設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)、產(chǎn)量、效率的監(jiān)視，同時還可以對設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置，故障報警、參數(shù)記錄、顯示歷史趨勢和實(shí)時曲線，生成和打印各種生產(chǎn)報表。管理層是工廠級的信息管理系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)均可以按照用戶的需求，通過多種總線、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分類送到各個管理部門，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析和數(shù)據(jù)報表?，F(xiàn)場總線信息層將控制過程、信息管理、通信網(wǎng)絡(luò)融為一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有關(guān)人員登陸到Web服務(wù)器，就可根據(jù)各自的權(quán)限監(jiān)控到生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備的運(yùn)行情況。
5應(yīng)用案例
由于現(xiàn)場總線技術(shù)在可靠性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、全數(shù)字化傳送方面具有無比的優(yōu)越性，適應(yīng)了現(xiàn)代紡織工業(yè)的高質(zhì)量、低成本、小批量、多品種、快速響應(yīng)、高效低耗、清潔生產(chǎn)的需要，目前，現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)開始在紡紗、化纖、機(jī)織、針織、染整及服裝等紡織機(jī)械設(shè)備中得到大量的應(yīng)用，以簡化生產(chǎn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，形成柔性化生產(chǎn)體系；保障產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本；促進(jìn)了紡織工業(yè)的計算機(jī)集成化生產(chǎn)。
在國外推出的采用現(xiàn)場總線技術(shù)的化纖、織造及染整等設(shè)備中，將不同廠家標(biāo)準(zhǔn)的模塊化的現(xiàn)場設(shè)備分散在機(jī)器的各個部位，利用控制網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)將其組配成專用系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件設(shè)計變得簡單明了，降低了布線成本。例如，瑞士SulzeTextile推出的G6300劍桿織機(jī)，機(jī)器中的引緯、送經(jīng)、卷取、織邊均采用伺服電動機(jī)，主控制器為32位的多處理器結(jié)構(gòu)，織機(jī)中各現(xiàn)場設(shè)備用CAN現(xiàn)場總線連接組成控制網(wǎng)絡(luò)，織物規(guī)格的機(jī)織條件設(shè)定、控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均可遠(yuǎn)程控制或現(xiàn)場設(shè)定。德國THEN推出的AIRFLOWAFT匹染機(jī)，采用LonWorks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的THEN- DYNET（TDN）控制系統(tǒng)，機(jī)器中的氣流控制閥、進(jìn)水出水閥、換熱器控制閥等執(zhí)行器，染液溫度及布料速度等傳感器均為具備功能自治的現(xiàn)場設(shè)備，并且作為整機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)與上位PLC控制器連接。