基于现场总线的包装设备电气控制系统

王少华

【摘 要】针对现场总线控制系统在包装设备中的应用实例，从工艺要求、控制方案拟定和控制系统硬件设计进行研究，采用现场总线控制系统可以使控制系统的体积小、控制灵活、故障检测容易，提高生产效率。

【关键词】现场总线；通信协议；信息；网络

【中图分类号】TP242.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）01-0074-02

现场总线控制系统发展与应用彻底改变了传统低压电器控制的结构，使低压电器控制设计产生了深刻变革。

一些主要生产可编程控制器的厂家根据市场结构需求调整产品结构和策略，将现场总线作为控制系统中的底层网络（如DeviceNet）。Siemens公司的S7-200型CPU模块可以提供Profibus-DP接口，传输速率可达12Mbps，可经双绞线或光纤电缆连接127个节点，用双绞线可以传输23.8 km距离的信号。Rockwell公司生产的PLC5系列可编程控制器通过Profibus处理器模块能与其他厂家共享Profibus通信协议的设备通信。美国AB公司的模块式可编程控制器以SLC5/03CPU为核心，配置了1747-SDN网络适配器与DeviceNet通信。可编程控制器与现场总线结合之后，极大地拓宽了它的应用领域，也极大地提高了它的性能，更是使电气控制系统的结构发生了彻底的变化。

1 PLC与DeviceNet构成的自动控制系统

下面以包装生产线控制系统为例介绍此类控制系统。

1.1 工艺要求

包装生产线产品输送系统由前输送线、中输送线、总成输送线等共8条输送线组成。其中左、右侧输送线均由4台双轨输送机和1台运输车组成，为输送线中较为复杂的部分。其中左侧输送线有L10、L20、L30及L40等4个工位，如图1所示。各工位间使用双轨输送机传送工件，为了便于结构调整和工位间的动作协调，在L10、L20和L20、L30之间设置中间等候工位。另外，地面转运车AGV在3号输送机和上线机间运送工件，用来把小包物品送到主干线上，整个输送过程时间和空间协调一致。

1.2 控制方案拟定

右侧输送线与左侧输送线结构基本相同。整个输送线要求动作协调，速率可调节，检测装置设置准确。在这种情况下使用传统的点对点连接方式已不能满足包装输送线工艺要求。

而DeviceNet是一种低价位的现场总线，是具有数据传输可靠、响应时间快、抗干扰能力强、安装快捷等特点的网络控制技术。DeviceNet通信电缆由5芯导线组成：无色为屏蔽接地，红、黑分别为24VDC电源的两极，蓝色为CANH，白色为CANL（CANH和CANL为通信总线）。现场的传感器和执行器均可通过DeviceNet通信电缆连接。

1.3 控制系统硬件设计

现场总线模块主要采用TURCK公司的DeviceNet产品。选用美国AB公司的SLC5/03CPU为核心部件，用1747-SDN网络适配器，底层采用TURCK公司的T型分支器、无源四分支器、Busstop现场端子式模块等组成DeviceNet控制系统。左侧输送电气控制系统组成如图2所示。

DeviceNet连接好后，网络适配器上显示00时表示系统工作正常。

DeviceNet硬件系统连接时注意事项：①每个通道最多能连接地址不能重复64个站，当波特率为125 K时，最远通信距离为500 m。②网络首端和末端必须安装终端电阻。③DeviceNet只能有一点接地。

以上工作完成后，就可以进行软件编程。软件程序内容较多，此处因篇幅的关系略去。

与传统的控制系统相比，使用现场总线后，自控系统的配线、安装、调试和维护等方面的费用可以节约1/3～2/3。

2 基于可编程控制器-现场总线的多级分布控制系统

PLC通过Profibus与上位机通信，将各回路的控制信息向上传送，并接收来自上位机的各种监控信息；通过DeviceNet连接和控制包括智能电动机保护器、智能电动机控制器、拖动装置、接触器、驱动器、软起动器、电动机保护器和各种检测装置等现场装置与设备，而连入该网络的现场智能设备本身就具有很强的控制功能。如采用的智能断路器，其自身就具有测量、控制、报警、数据记忆及通信等功能。与过去的控制系统相比，一是实现了系统的高度分散，二是体现了所谓的“智能下移”的思想，三是在现场总线中的智能设备能充分发挥其智能产品的优势，实现高度的信息集成。

在这种新型的网络控制系统中，设备监控上位机的监控软件通常选用标准工控系统组态软件。组态软件（Configuration Software）相当于一种用户程序生成器，是自动化系统的一种随工业系统可变因素进行实时调节的人机界面，是一种方便灵活，而且易于修改和维护的软件平台。

组态软件包通常具有立体动态图形、趋势图、报表功能、报警功能、DDE动态数据交换功能，同时具备SPC质量管理功能、监控语言编程功能、多级功能及TCP/IP NetBISO等网络功能。系统组态工作方便灵活，监控上位机组态工作主要分为两部分：一是完成数据库组态、上下位机间通讯组态、相关计算、报警记录、报警提示等；二是实现系统装置的运行状态显示组态和操作控制组态等。通过组态后系统主要功能如下：①流程图。流程图模拟包装工艺实际装置绘制，显示包装工艺流程及修改状态参数的画面及运行状态。②趋势图。包括工艺流程中参数的实时趋势和历史趋势。③调节画面。具备手动/自动切换功能，具有显示给定、测量和输出3个值，并可以在画面上修改参数。④故障查询。能够迅速查询系统在工作过程中的各类报警信息如报警的工艺点的仪表位号、报警时间及报警的类型等。⑤登陆报表。操作员可以通过数据报表界面观看历史数据和实时数据，通过报警登录报表界面察看设备故障情况。⑥用户报表打印管理。操作员可以通过此界面打印报表，包括数据报表、报警报表等。

3 结语

基于现场总线的自动化系统主要特征为控制器与系統软件制造分离，系统性能较传统点对点连接方式有较大提升，系统自诊能力强，通过数字通讯有效地提高系统测量和控制精度，方便硬件与信息的集成。

参 考 文 献

[1]王建明.自动线及工业机器人技术[M].天津：天津大学出版社，2009.

[2]博尔曼.工业以太网的原理与应用[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]许志军.工业控制组态软件及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[责任编辑：钟声贤]