紡織生產(chǎn)控制系統中現場(chǎng)總線(xiàn)的研究及其應用

3.3CAN現場(chǎng)總線(xiàn)
CAN的網(wǎng)絡(luò )設計采用了符合ISO/OSI網(wǎng)絡(luò )標準模型的三層結構模型：即物理層、數據鏈路層和應用層，網(wǎng)絡(luò )的物理層和鏈路層的功能由 CAN接口器件完成，而應用層的功能由處理器來(lái)完成。通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性；采用短幀結構，傳輸時(shí)間短，抗干擾；節點(diǎn)分不同優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)性要求。其傳輸介質(zhì)可以用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖等，通訊速率最高可達1Mbit/s（40m），直接傳輸距離最遠可達 10km（5kbit/s）。主要應用領(lǐng)域有：汽車(chē)制造、機器人、液壓系統、分散性I/O、工具機床、醫療器械。
3.4Lonworks現場(chǎng)總線(xiàn)
LonWorks采用了與OSI參考模型相似的7層協(xié)議結構，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)現完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議，節點(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(xiàn)、光纖、同軸電纜、電力線(xiàn)載波及無(wú)線(xiàn)通信等；并支持多種拓撲結構，組網(wǎng)靈活。主要應用領(lǐng)域有：工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數據采集、SCADA系統等，在組建分布式監控網(wǎng)絡(luò )方面有優(yōu)越的性能。
3.5WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構分為過(guò)程級、控制級和監控級等3級，其協(xié)議由物理層、數據鏈路層和應用層組成。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(xiàn)和光纖。它能滿(mǎn)足用戶(hù)的各種需要，適合于集中型、分散型和主站／從站型等多種類(lèi)型的應用結構。用單一的WorldFIP總線(xiàn)可滿(mǎn)足過(guò)程控制、工廠(chǎng)制造加工和各種驅動(dòng)系統的需要。主要應用領(lǐng)域有：電力工業(yè)、鐵路、交通、工業(yè)控制、樓宇。
4基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的紡織生產(chǎn)控制系統
紡織工業(yè)的信息化建設是未來(lái)幾年紡織工廠(chǎng)的追求和建設重點(diǎn)，而數字化的紡織生產(chǎn)體系正是其不可或缺的基礎。它將全面提升紡織工廠(chǎng)的管理水平，對工廠(chǎng)的技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟和服務(wù)推動(dòng)的進(jìn)步都將產(chǎn)生直接的明顯的推進(jìn)作用。
數字化的紡織機械采用現代先進(jìn)的控制技術(shù)：以CPU為核心的控制器，以電力電子技術(shù)為基礎的新型驅動(dòng)技術(shù)，以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò )及高速數據通訊技術(shù)。實(shí)現數據的實(shí)時(shí)準確采集和高速傳輸，實(shí)現分布式、現場(chǎng)化和抗干擾性能的提高，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化，完成紡織機械與現代先進(jìn)控制技術(shù)的結合，為紡織企業(yè)的信息化從設備層打下堅實(shí)的基礎。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制層是各種生產(chǎn)信息的來(lái)源。各種棉紡、織造、印染機械的控制器只要具有現場(chǎng)總線(xiàn)通訊接口，通過(guò)適當的編程，就可以將機械的運行數據實(shí)時(shí)傳送到監控系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)監控層完成車(chē)間級設備檢測和控制。應用組態(tài)軟件編程和現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，整合車(chē)間內各個(gè)單臺機械設備控制系統，以清晰友好的人機界面實(shí)現全車(chē)間設備的生產(chǎn)狀態(tài)、產(chǎn)量、效率的監視，同時(shí)還可以對設備的工藝參數進(jìn)行統一設置，故障報警、參數記錄、顯示歷史趨勢和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，生成和打印各種生產(chǎn)報表。管理層是工廠(chǎng)級的信息管理系統?？刂葡到y均可以按照用戶(hù)的需求，通過(guò)多種總線(xiàn)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò )建立數據庫，對數據進(jìn)行處理并分類(lèi)送到各個(gè)管理部門(mén)，實(shí)現數據的查詢(xún)、統計、分析和數據報表?，F場(chǎng)總線(xiàn)信息層將控制過(guò)程、信息管理、通信網(wǎng)絡(luò )融為一體，實(shí)現數據共享，有關(guān)人員登陸到Web服務(wù)器，就可根據各自的權限監控到生產(chǎn)現場(chǎng)的設備的運行情況。
5應用案例
由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在可靠性、開(kāi)放性、經(jīng)濟性、全數字化傳送方面具有無(wú)比的優(yōu)越性，適應了現代紡織工業(yè)的高質(zhì)量、低成本、小批量、多品種、快速響應、高效低耗、清潔生產(chǎn)的需要，目前，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在紡紗、化纖、機織、針織、染整及服裝等紡織機械設備中得到大量的應用，以簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統組成結構，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)的計算機集成化生產(chǎn)。
在國外推出的采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的化纖、織造及染整等設備中，將不同廠(chǎng)家標準的模塊化的現場(chǎng)設備分散在機器的各個(gè)部位，利用控制網(wǎng)絡(luò )集成技術(shù)將其組配成專(zhuān)用系統，系統硬件設計變得簡(jiǎn)單明了，降低了布線(xiàn)成本。例如，瑞士SulzeTextile推出的G6300劍桿織機，機器中的引緯、送經(jīng)、卷取、織邊均采用伺服電動(dòng)機，主控制器為32位的多處理器結構，織機中各現場(chǎng)設備用CAN現場(chǎng)總線(xiàn)連接組成控制網(wǎng)絡(luò )，織物規格的機織條件設定、控制數據轉換均可遠程控制或現場(chǎng)設定。德國THEN推出的AIRFLOWAFT匹染機，采用LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )結構的THEN- DYNET（TDN）控制系統，機器中的氣流控制閥、進(jìn)水出水閥、換熱器控制閥等執行器，染液溫度及布料速度等傳感器均為具備功能自治的現場(chǎng)設備，并且作為整機控制網(wǎng)絡(luò )中的一個(gè)節點(diǎn)與上位PLC控制器連接。