啤酒灌裝生產(chǎn)線(xiàn)控制系統的設計與應用

0.引言
　　目前國內啤酒灌裝生產(chǎn)線(xiàn)不管是引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)，還是國產(chǎn)生產(chǎn)線(xiàn)，單機采
用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已比較普遍，但還未有整條生產(chǎn)線(xiàn)采用現場(chǎng)總線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)?，F場(chǎng)總線(xiàn)是連接現場(chǎng)智能設備和自動(dòng)化控制系統之間的數字化、雙向傳輸和多分支結構的通訊網(wǎng)絡(luò )?，F場(chǎng)總線(xiàn)能夠代替傳統的現場(chǎng)設備與控制系統之間的數據傳輸方式；可以通過(guò)其診斷功能，獲取設備上的大量數據，及時(shí)判斷故障點(diǎn)所在，以降低故障發(fā)生時(shí)間；可以遠程監控現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據。要實(shí)現企業(yè)的信息集成，要實(shí)施綜合自動(dòng)化，實(shí)現底層現場(chǎng)設備之間、以及自動(dòng)化與外界的信息交換，就必須采用現場(chǎng)總線(xiàn)。與傳統的設備間一對一的接線(xiàn)方式相比，現場(chǎng)總線(xiàn)可以節省大量電纜、槽架及相應的接口設備，同時(shí)，由于所有的連線(xiàn)都變得簡(jiǎn)單明了，系統設計、安裝、維護的工作量也隨之大大減少，以后還可與ERP系統方便地連接，實(shí)現企業(yè)測、控、管一體化。

1.Modbusplus總線(xiàn)
　　Modbusplus（即MB+）總線(xiàn)協(xié)議是由美國ModiconInc.（該公司已被施
耐德電氣公司收購）開(kāi)發(fā)設計的一種工業(yè)數據總線(xiàn)，適用于建立工業(yè)實(shí)時(shí)控制局域網(wǎng)。典型的應用包括過(guò)程控制、數據監測、程序上傳/下載、遠程編程、連接操作員接口及主計算機數據采集。

　　Modbusplus總線(xiàn)協(xié)議是一種異步半雙工通訊的對等網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，遵循IEEE802.4局域網(wǎng)標準，物理接口是RS485，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線(xiàn)或光纖，最大節點(diǎn)數64個(gè)，通訊速率1Mbps。

　　作為一個(gè)判定性高速令牌循環(huán)式現場(chǎng)總線(xiàn)，Modbusplus總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以1Mbps的速率進(jìn)行通訊，可以快速存取過(guò)程數據，它的實(shí)力表現在它的控制實(shí)時(shí)控制裝置如I/O裝置的能力，不會(huì )由于加載或通訊量的原因而性能有所下降。由于Modbusplus綜合高速、對等通訊和易于安裝等特點(diǎn)，使得計算機、可編程邏輯控制器（PLC）和其它數據源，通過(guò)使用低成本的雙絞線(xiàn)電纜或光纖電纜在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )上作為同位體進(jìn)行通信。

2.INTTERBUS總線(xiàn)
　　INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)由德國PhoenixContact公司開(kāi)發(fā)，INTERBUSClub俱樂(lè )部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線(xiàn)設備生產(chǎn)商，提供2500多種產(chǎn)品，到目前為止，INTERBUS在全球自動(dòng)化領(lǐng)域已有50多萬(wàn)套應用系統得到廣泛應用。

　　INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)是一種開(kāi)放的串行總線(xiàn)，可以構成各種拓撲形式，并允許有16級嵌套連接方式。該總線(xiàn)最多可掛512個(gè)現場(chǎng)設備，設備之間的最大距離400米，無(wú)需中繼器網(wǎng)絡(luò )的最大距離為12.8公里。INTERBUS總線(xiàn)包括遠程總線(xiàn)和本地總線(xiàn)，遠程總線(xiàn)用于遠距離傳送數據，采用RS-485傳輸，網(wǎng)絡(luò )本身不供電，通信速率為500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己獨特的環(huán)路結構，環(huán)路使用標準電纜同時(shí)傳送數據和電源。環(huán)路可以連接模擬、數字設備甚至復雜的傳感器/執行器，也允許直接接入智能終端儀表。
INTERBUS總線(xiàn)有很強的監視診斷功能，總線(xiàn)監控功能監視整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的運行狀態(tài)，同時(shí)也提供總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的變結構功能，能及時(shí)根據設計要求，關(guān)斷和連接總線(xiàn)的某個(gè)子總線(xiàn)段。監控功能是現場(chǎng)安裝、調試、診斷和維護的有力工具。具體功能是識別和確定安裝錯誤和部件錯誤，現場(chǎng)總線(xiàn)模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示，在調試時(shí)可設置輸出狀態(tài)，以及可以保存某些智能設備的參數。
3.Modbus總線(xiàn)
　　Modbus現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議是由美國ModiconInc.（該公司已被施耐德電氣公司收購）于20世紀70年代提出的一種通訊協(xié)議，它是一種完全開(kāi)放的協(xié)議，目前國際上有無(wú)數自動(dòng)化和儀表廠(chǎng)商采用該種協(xié)議。Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中監控。

　　Modbus總線(xiàn)協(xié)議采用主站查詢(xún)從站的方式，物理接口可以是RS232、RS485、RS422、RJ45，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線(xiàn)或光纖，采用RS232接口用
雙絞線(xiàn)作介質(zhì)時(shí)不帶中繼器的最大距離為15m，最大節點(diǎn)數247個(gè)，通訊速率19.2Kbps。

4.基于Modbusplus總線(xiàn)、INTTERBUS及MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統設計
我公司2004年安裝一條3.6萬(wàn)啤酒灌裝生產(chǎn)線(xiàn)，除酒機、標機、紙箱機為進(jìn)口設備外，其它機臺包括輸送帶全為國產(chǎn)設備，國產(chǎn)機臺控制系統采用INTTERBUS及MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，而且將整條生產(chǎn)線(xiàn)所有機臺的PLC也聯(lián)結成MB+網(wǎng),整條生產(chǎn)線(xiàn)以后還能擴展上位機。
4.1.網(wǎng)絡(luò )構成
　　整個(gè)控制系統是一個(gè)雙層網(wǎng)絡(luò )，上層采用MB+網(wǎng)作為數據采集及信息管
理層，用于與現場(chǎng)設備的快速、循環(huán)的數據交換，可掛32個(gè)節點(diǎn)；下層采用INTERBUS網(wǎng)，串接Momentum分布式I/O模塊。系統結構如圖1