基于现场总线的工业设备网络控制系统分析

肖 军，苑传林，刘 龙

大连东软信息学院电子工程系

基于现场总线的工业设备网络控制系统分析

肖 军，苑传林，刘 龙

大连东软信息学院电子工程系

现代工业控制系统是一种全网化的控制系统，通过网络能够实现信息的实时反馈，与传统的控制系统相比较，这种新型的系统中的控制数据都是经互联网实现传输的，控制任务的完成需要网络节点间紧密协调来完成。工业设备控制中引入网络，促进了现场控制与上层管理之间的联系。网络化控制系统具有资源共享、易于扩展以及高效可靠的特点，在工业设备控制中能够实现对现场设备的实时监控和统一管理，从而有助于增强企业的生产水平。本文就基于现场总线的工业设备网络控制系统结构进行综合分析。

现场总线；工业设备；网络控制系统；分析

一、现场总线控制系统概述

现场总线系统是一种分布式实时系统，该系统的组成结构主要分为三个部分，分别是控制网络层、企业内部网络层以及决策支持层。控制网络层通过与上层管理网的连接，能够将工业现场的各种参数以及数据上传到上级管理网络中，从而为管理层的决策提供基础资料，实现管控一体化。此外，现场总线是面向现场控制设备的一个开放互联系统。由于工业现场中存在大量的传感器以及控制器等现场设备，这些设备的分布范围也比较大，对于控制这些设备的工业底层网络而言，采用单个节点对信息进行控制时，控制的信息量不会太大，难以满足信息传输的实时性及快速性的要求，不能够满足工业现场的需求。为了实现工业现场的实时性要求，需要对具体应用对象的功能要求进行合理的选择。网络层设计是解决工业信息传输实时性的有效方法。网络层设计中需要综合考虑主要技术，一方面，要求数据传送的可靠性、实时性，对于一些进行设备改造的制造行业中，在设计过程中还应该考虑到网络的开发成本以及维护成本。

二、基于CAN的工业设备控制系统设计

（一）网络系统的选择

以印染工业现场的设备控制为例，在实施中可以选择CAN作为网络。这种网络系统的实时性较高，其总线具有极高的利用率，能够实现多种工作方式，信息的发送可以通过网络任意一个节点向其他的节点发送。CAN网络上的节点分为不同的优先等级，在进行信息传输的过程中，如果数据同时进行传输，优先等级较低的节点就会主动停止法传送信息，但是优先等级较高的节点信息传输不会受到任何影响，不仅节省了总线冲突仲裁的时间，同时还能够避免网络出现瘫痪的状况。此外，利用这种网络系统进行数据传输，最长的数据段长度字节为8个，不会对总线传输的时间造成影响，从而最终使得通信的实效性得到保障。从网络系统传输的可靠性方面来讲，CAN协议采用了CRC效验方式，能够提供错误处理的功能，从而使得数据通信的可靠性功能得到保障，一些信息一旦在发送的过程中遭受其他人的破坏，可以重新进行发送，信息发送错误严重的情况下节点就会主动退出总线。此外，从信息发送的灵活性方面来讲，CAN总线具有自行定义通信协议的功能。不仅如此，CAN与PC机以及微控制器之间的接口较为方便。对PC工口控机进行操作时，可以直接使用具有PCI总线的CAN总线控制器板卡，然后将PC工控机联入网络，从使用的成本上进行考虑，CAN的总线成本相对较低，网络介质的选择可以采用双绞线作为主要的介质。

（二）智能控制器的总体设计

在印染工业当中，染缸智能控制器的主要任务就是对染缸的温度以及运转情况进行整体控制，然后通过CAN总线将染缸的温度信息以及设备运行的具体状况传送给管理层。染缸智能控制器的设计核心主要是以50片单片机为主，主要完成四项功能，首先是对温度数据进行采集，对数据进行转换处理，其次是对检测开关量的输入状况，控制继电器的输出；紧接着是通过键盘输入数据，最后一项就是CAN总线接口。其中，温度控制的好坏状况将直接影响到工业制造中产品的质量，转换器的选择直接关系到整个系统的工作精度。为了保障转换器能够具有较高的进度，并且不会影响到转换器的效率，可以选择典型的12位双积分的转换器，并且这种转换器具有较强的接口功能，方便其与微处理器之间的连接。此外，考虑到连接温度测量电阻的导线在运行过程中容易引进工频干扰以及其他形式的辐射，为此，可以选择双积分转换芯片，这样能够较好的抑制工频干扰。控制器节点电路图如下所示：

图一电路原理图

（三）系统运行中采取的抗干扰性措施

工业生产车间中，很多设备都是强电并且功率较大的设备，直流电机在贡献过程中采用可控硅整流供电，就会对电网的运行造成严重的污染。如果控制其中的继电器以及中间接触器断开时，就会产生电磁辐射，从而对控制器的正常工作造成严重的影响。从中能够看出，微控制器的运行环境存在潜在的危险性，需要在系统设计过程中采取一定的干扰措施来解决这些问题。可以采用输入以及输出信号隔离措施，对状态进行实时控制，将控制器与强电回路之间进行连接，然后采取隔离措施，例如对光电隔离措施的应用。从而增强系统本身的抗干扰性能力，保障生产设备的正常运行。

结束语

在工业生产中，基于现场总线的设备管理系统设计，通过智能控制器能够连接工业生产现场的监控以及数据通信系统，这种系统的使用能够增强企业的生产效率，并且对各种设备的控制精度远远高于人工控制。不仅如此，智能控制器的使用能够提高产生质量，减少企业生产中造成的污染，使整个企业的经济效益得到快速的提升。网络化系统的集中管理促进了企业生产安排以及数据分析的一体化管理，对工业企业的发展起到很大的促进作用。

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