总线控制

总线控制（精选12篇）

总线控制 篇1

现场总线控制系统是一种工厂现场网络控制系统, 是计算机网络和控制结合的新技术, 是集散控制系统DCS后的新一代控制系统。中海化学80万吨/年甲醇项目中, 控制全部采用了现场总线控制技术。FF总线阀门定位器, 作为FCS中的重要设备, 大大提高了定位的精度以及对过程干扰更加迅速的响应, 对装置的稳定运行起到了重大作用。

1 CENTUM CS3000现场总线系统结构

80万吨/年甲醇装置采用的是YOKOGAWA的现场总线控制系统, 系统中CPU、I/O卡件、电源、总线通信卡ALF111、总线电源都采用冗余配置。每一个网段带7~9台总线仪表。该系统中所有的控制阀都使用了FF总线定位器。有定位器的网段定位器数量一般不超过2台, 尽可能的降低网段故障对调节阀的影响。

2 FF总线阀门定位器简介

FF定位器的内部结构不同于普通的HART智能定位器或常规 (4~20m A.DC) 定位器, 是一种为FF现场总线系统而设计的数字式的阀门控制器。它有很多突出特点:仪表设备间的互操作性, 过程控制功能, 通信功能, 基于微处理器 (CPU) 技术。FF总线定位器采用9-32v总线供电, 完全由数字信号进行控制, 其传输符合FOUNDATIONTM现场总线规定, 以31.25kbit/s的速度进行数据传输。

3 FOUNDATIONTM现场总线块模型

FOUNDATION现场总线将所有设备功能和数据分派到3个不同类型的块, 每种类型模块在模块模型中都具有不同的任务范围。

3.1 资源块 (Resource Block)

资源块包含所有用来识别设备的数据, 这类似一个电子设备标签。资源块参数包括设备型号、设备名称、生产厂ID、序列号以及影响到所有其他设备块性能的参数, 每一个总线设备只有一个资源块。

3.2 转换块 (Transducer Block)

转换块包含所有数据和特定设备参数用来将过程参数 (传感器或执行器) 和设备进行连接传递。FF总线定位器AO转换块可直接影响定位器输出信号。

3.3 功能块 (Function Block)

功能块负责FOUNDATIONTM现场总线设备的控制状态。包括AI/AO/PID等。通过连接功能块的输入和输出可对FOUNDATIONTM现场总线设备进行组态。AO功能块将来自上游功能块的输出值转化为给控制阀的控制值。PID功能块具有灵活的比例———积分———微分控制算法, 可根据应用需要进行组态。

4 CS3000系统组态

FF总线定位器与传统的定位器在组态上有很大的不同。每一台总线定位器都必须分配相应的地址、定义位号、获取ID等。

4.1 Fieldbus builder

在YOKOGAWA CENTUM软件system view的Fieldbus Builder中添加总线定位器并定义位号、地址、获取设备ID等信息。

4.2 对定位器中的模块参数定义

在Parameter Edit中对AO PID模块参数进行组态, 包括模块模式、测量范围、输出范围、单位、控制选项、状态选项等。

5 FF总线定位器相对于常规定位器的优势

通过施工、调试和日常维护的经验来看, 与常规的定位器相比, FF总线定位器更具有优势。

5.1 节约施工调试时间

使用传统定位器的阀门在安装调试的时候都要求经过一次调校和回路联校的过程, 而且在回路联校的过程中还会花费更多的时间。FF总线阀门只要在PRM上就可以进行自动校验, 在主控室就可以完成所有的工作, 包括阀门的实际反馈都一目了然。

5.2 分散控制风险

在80万吨甲醇项目中, 充分利用了FF总线定位器集成的PID功能模块, 将所有的简单控制都放在定位器中, 在现场直接控制过程变量, 大大减少了上一层自动控制系统要完成的控制任务数量, 实现了控制系统的风险分散。

5.3 强大的自诊断功能

在横河CS3000总线系统中, 总线定位器最大的优点是具有强大的自诊断功能。现场总线的PRM提供了定位器运行的各种信息, 如定位器设定值、输出值、实际阀位, 而且还包括了气源压力、输出压力、设备温度等其他信息。根据阀门的开度情况, 就可以判断阀门有没有回滞现象, 是填料太紧还是阀杆有摩擦等其他原因。

当出现这种特殊情况时, 我们就可以采用FF总线系统PRM的功能诊断软件 (Device Viewer) 。相关仪表操作人员就会采用这种智能软件就可以快速准确的发现阀门的异常问题并提示相对应的解决方法。当正常运行的阀门定位器其各个参数均为正常时 (绿色) 。当参数出现异常时就会产生相对应参数的报警 (红色) , 并在下拉菜单栏中显示出异常参数的详细说明, 为仪表操作人员更快更准确的解决调节阀出现的异常问题提供了明确的参考和依据。

6 结语

随着科技的发展, 工厂对控制系统的要求越来越高, FF总线定位器在总线控制系统中大大提高了作为控制回路终端执行元件调节阀的精度, 具有强大的自诊断功能, 极大的改善了控制回路的调节品质, 对化工装置的稳定运行起到重要的作用。随着FF总线阀门定位器的技术改革和不断完善, 控制系统将会越来越精确和高效。

摘要：本文以总线阀门定位器在横河CS3000总线控制系统中的应用, 介绍了FF总线阀门定位器的特点、模块结构及在横河CS3000总线控制系统中的组态和应用, 为FF总线阀门定位器的技术改革和不断完善, 使控制系统得到精确和高效。

关键词：FCS,总线阀门定位器,总线模块,CS3000,组态,自诊断

参考文献

[1]DVC6000fSeriesDigitalValveController[Z].

[2]PlantResourceManager工厂资源管理系统[Z].

[3]CENTUMCS3000培训手册[K].

总线控制 篇2

摘要：随着社会经济的发展，汽车逐渐走进千家万户，成为人们主要的出行交通工具。为进一步降低汽车焊装焊接成本，提升汽车焊接的质量与安全性，越来越多的汽车厂商开始采用焊装自动化控制系统。本文现分析了汽车焊装焊接生产线及自动化控制的构成，然后，重点探讨了安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用，以供参考。

关键词：汽车焊装；自动化控制；安全总线

现场总线是一种比较成熟的控制系统技术，安全总线是在“标准现场总线”基础上发展而来，从本质上来说，其是属于一种安全控制系统技术，这种技术使用的是安全总线协议。在具体的应用实践过程中，可以说安全总线的完整性比较高，能使安全信息在预定时间内，完整、可靠地在设备间进行传输。目前，安全总线在汽车、机械、船舶、机床、石化等行业的应用越来越广泛。随着汽车保有量的日益增加，汽车行业也获得了快速的发展。在汽车焊接工作中，安全总线是非常重要的一个环节，对汽车生产与质量都具有重要的影响。

1安全总线的特点分析

安全总线系统包含安全控制器、现场分散安全模块两部分，二者通过安全总线（Cable）来连接，连接必须符合安全相关要求并经过认证。其中，安全控制器是核心，主要负责安全系统的逻辑运算处理、运作管理等；现场分散安全模块主要是进行安全输入、输出信号处理。汽车安全总线包括A、B、C、D四类总线，A类总线按照uart通用异步收发器标准进行设备通信；B类总线的通信标准是依据can标准来进行的，其位速度一般为47.6-125，达到了欧洲标准；C类总线为动力传动控制系统；D类总线为多媒体总线、信息娱乐系统，可细分为高、低、无线三种速度，sae类型的传输频率为250kb/s-100md/s。在对当前汽车焊装实际进行研究的基础上，Rockwell、Siemens等几家世界大规模自动化系统公司与传感器生产公司通过深度合作，通过技术合作，研发出了安全总线控制系统，这种系统具有良好的兼容性与开放性，实验结果显示其应用效果是非常显著的。与标准总线相比，安全总线系统与其之间的差异点，主要集中在通信协议标准方面。安全总线能够使安全PLC与标准PLC系统进行集成，使其共同统一到PLC中，再借助一条物理总线的支持，实现标准的I/O通信与故障安全I/O通信。作为一个开放性的总线系统，汽车生产线上的安全总线，主要用来传输安全相关数据及完成安全相关的功能，使控制分散化、现场化和便捷化，具有安全、可靠、低成本、控制网络结构简化等优点并能提高系统结构灵活化，从而进一步扩大安全系统控制范围，为安全、稳定生产提供保障。

2汽车焊装自动化系统

2.1汽车生产线构成

汽车焊装生产线包括车身完成线的构造装调线、车身主焊线、下车身总成线、地板总成线、机舱总成线、侧围总成线和四门两盖总成线等。主焊线是所有汽车生产线的基础，也是汽车生产线上的核心，是汽车车身上最为最重要的一条生产线，其生产质量会直接决定着汽车的质量。地板下车身总成线主要是机舱总成与地板总成焊接，需要较高的机械自动化，对机械设备和焊接技术的要求都比较高。侧围总成线就是指汽车侧围的结合，由两条对称的焊接生产线构成。出于外观和安全考量，侧围总成线需要较高的自动化技术才能实现其功能作用。装调线是在完成焊接等工作后，对汽车四门两盖进行相应的装配和优化调整，使整车间隙及面差达到公差允许的范围。

2.2汽车焊装自动化控制系统

从实际来看，汽车焊装车间依据生产线，可以分成不同的独立控制部分，这些部分分别通过控制层、设备层、监控层等来控制，各层的功能需要相应的软硬件实施来辅助实现。汽车焊装车间自动化系统包括硬件系统与软件系统，二者具有相辅相成的关系。2.2.1汽车焊装自动化控制硬件系统第一，汽车焊装内的控制层。控制层利用PLC系统进行控制，该控制系统安装在焊装车间自动化生产线中，包括左/右侧围PLC控制系统、ANDON系统信息采集PLC控制系统、地板线PLC控制系统等。根据我国汽车焊装发展实际来判断，可以发现，汽车焊装生产线是推动汽车行业创新发展的基础和前提。在汽车生产企业，汽车车间的控制层都是由车间的自动化控制系统构成的，各系统都是采用自动化控制技术来进行控制，每个控制系统的内容都不同。各个控制系统之间需要互相依赖和协调，这样才能确保车间控制有序、高效。第二，汽车焊装内的设备层。设备层指的是PLC控制系统中的现场电气设施，在信息科技日新月异发展推动下，汽车行业的自动化水平越来越高，汽车焊装设备也实现了自动化控制，扫描枪、无线射频读写设施、焊装机器人、光幕、远程模块以及变频器等都属于设备层，它们在汽车焊装中得到了广泛的应用。如果汽车焊装设备出现问题，就会对汽车生产系统的创新化及未来发展产生较大的影响。随着现代化工业的不断发展，目前，汽车焊装自动化控制中的热点技术是基于总线技术的网络集成自动化技术。第三，汽车焊装内的监控层。在功能实现上，监控层通过ANDON系统服务器、监控管理系统服务器等进行工作，这些服务器都位于车间控制室中，可以对车间生产进行监控。监控层在汽车生产的任何环节都是非常重要的，其在生产车间中起到了管理和上位监控两大功能作用。来自厂级MEC制定的计划通过生产车间监控管理系统服务器被车间接收，各生产线按照计划开展生产。现实的生产情况通过生产车间监控管理系统服务器，可以及时反馈到厂级MES系统，由其进行信息汇总处理，从而提高汽车生产效率与质量。2.2.2汽车焊装自动化控制软件系统第一，结构化编程模式。汽车焊装生产线尽管各不相同，不同的汽车厂家对于PLC程序的树状结构要求也存在差异，但其自身功能结构单元都是相对统一的，结构化编程模式基于此特点，可以提高程序结构的可读性与统一性，方便、快捷地维护、修改汽车焊装自动化控制系统。第二，模块化编程模式。汽车生产企业的焊装车间内，焊装线有多种，每种的`功能与内部构成都存在很大的区别，但在设备构成和运行方式方面，却具有很多相似之处。模块化编程方式实际上就是在将相同的设备和运行方式变量进行集中管理，这样可以简化程序编辑工作量，达到程度优化和统一。在模块化编程过程中，根据用户自定义的各类数据来编辑变量，重新定义变量，之后，再将PLC程序制成功能模块，并在具体应用中依据I/O变量的不同，调用各个模块来完成编程。

3汽车焊装自动化控制中安全总线的应用

随着生产规模的不断扩大以及生产技术的提升，控制系统的自动化水平也得到了不断加强。在自动化系统中，与其他系统相比，安全设备控制系统发展是比较迟滞的。安全总线技术属于比较先进的技术，具有安全总线协议，从协议上来看，其扩展了对标准协议，这样就可以实现在安全总线下，标准及安全装置都能实现在同网络上运行。安全总线的安全通信不需要网关、网桥等价格较高的硬件设备，既能独立进行应用，也能与标准总线进行联合应用，而且，在应用过程中，不需要另外增加辅助设备。作为一种性能卓越的传输介质，安全总线系统抗噪抗干扰能力强，能自动检查重合“节点地址”，重审“数据链层”，并能结合其他配置创建系统“优先权”功能，在此过程中，误码发生率也极低。PROFIsafe和SafetyBUSp两种安全总线在世界上的应用比较广泛，其中，德国PROFIBUS用户组织（PNO）颁布的PROFIsafe，其基础是标准PROFIBUS，可以实现主、从站之间故障安全通信。PILZ公司颁布的SafetyBUSp，其应用的是以CAN协议为基础的通信方式，这种协议下的传输是通过双线差动进行通信的，抗噪声能力非常显著，SafetyBUSp只作为安全总线系统使用，其协议负责数据安全安全性。安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用日渐广泛，提高了汽车焊装的效率和车身的焊接质量，推动着汽车焊装向着智能化以及网络化发展。在汽车电气控制系统中，一共存在五条空中运输线，所有的工艺流程都通过其到达最终目的地。这些生产线都比较先进，有效避免了传统生产线的弊端。点焊机器人在汽车自动化生产线焊装系统中起到了主要的作用，其能识别汽车车厢以及内部设备，并自带修磨的装备。安全总线功能强大、安全可靠、操作灵活，为汽车生产企业创造了极大的效益，对我国汽车行业创新也有着很大的启发作用。

4结语

综上所述，安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用，其效果是非常显著的，既能提升汽车焊装效率，也能提高汽车车身焊接质量，并能促进程序的重用性与移植性，从而真正推动我国汽车焊装自动化控制实现现代化、智能化发展。

参考文献：

[1]周喆.安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用研究[J].山东工业技术，（24）：64.

[2]张巧巧.汽车焊装车间自动化控制技术[J].中国战略新兴产业，2018（04）：107.

[3]刘靖.安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用分析[J].科技风，（11）：154.

[4]黄初敏.安全总线在汽车焊装自动化控制中的应用分析[J].山东工业技术，2016（02）：8.

总线控制 篇3

【关键词】现场总线；FCS；PLC；DCS；分散控制系统

1. 概述

随着信息技术的飞速发展，引起了工业自动化系统结构的深刻变革。信息交换的范围正迅速格覆盖从工厂的管理、控制到现场设备层的各个层次，并逐步形成了全分布式网络集成自动化系统和以此为基础的企业信息系统。现场总线（Fieldbus）就是顺应信息技术的发展趋势和适应工业控制系统的分散化、网络化、智能化发展方向而发展起来的新技术，因此它的出现和发展便成为全球工业自动化技术的热点之一，受到全世界技术界和工业界的普遍重视。

简而言之，现场总线控制系统（Fieldbus control system - FCS）是将各种现场设备与上一级的监控装置相互联接在一起的全数字化的、串行、双向、多站的网络通信系统。它的技术特点是控制系统的更加开放性和控制功能的更加分散性（一直分散到现场设备）。而支持这一高新技术成为现实的是二十世纪迅速发展起来的数字通信技术、网络技术和微电子技术。

严格地讲，现场总线不是产品，而是一门高新技术。但是任何一种高新技术都要以某种实物形态去展现其功能与价值。因此，随着现场总线技术的诞生与发展，一个与之相适应的产品群体应运而生。它既由来于现场总线技术，又反过来促进这一技术的迅猛发展。总线化的现场设备就是现场总线技术中最基础的，也是最重要的相关产品。

现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性的优点，必然成为未来自动化技术发展的主流。基于现场总线的控制系统与人们预想的一样，对传统的PLC、DCS系统形成了巨大的冲击。FCS已不再是一种预测、一种设想，而是实实在在地作为先进控制系统产品而被人们所接受。

2. 传统的控制系统（PLC、DCS）向基于现场总线控制系统（FCS）的演变

现场总线技术的一个显著特点是其开放性，允许并鼓励不同厂家按照现场总线技术标准自主开发具有特点及专有的产品。因此，现场总线技术引入自动化控制系统，促使传统控制系统结构演化，逐步形成基于现场总线的控制系统FCS。

2.1 从PLC到工业PC。

（1）在传统的控制系统中，控制器（或称CPU、或处理器）与I/O模块及其它功能模块、机架等为同一产品，有一致的物理结构设计。典型的结构是I/O模块及其它功能模块通过机架背板上的总线连接。机架扩展也是自定义总线的扩展。这些产品连接技术是封闭的，第三方想开发兼容产品必须得到厂家的许可。

（2）基于现场总线的控制系统中，控制器与现场总线设备（I/O模块、功能模块及传感器、变送器、驱动器等）连接是通过标准的现场总线，因此没有必要使用与控制器捆绑的I/O模块产品（这与插在PLC机架上的I/O模块的配置方法不同），可使用任何一家的具有现场总线接口的现场设备与控制器集成。因此控制器趋向于采用标准的、通用的硬件平台即工业计算机（Industrial compact computer）。

2.2 采用通用工业计算机做控制系统控制器有以下优点：

（1）开放性、标准化系统软件与控制器硬件不再是捆绑关系，专业自动化厂家可以独立开发不依赖与控制器品牌的FCS系统软件。基于Windows/NT操作系统平台，具有大量的标准的软件工具和数据文件格式可以兼容。

（2）价格通用的工业计算机容易形成规模化生产，因此其价格比PLC便宜。

（3）性能指标高、产品更新换代快通用的工业计算机搭乘PC及技术的快车，技术指标高，产品更新换代快。

（4）向上连接计算机管理网络（如IEC802.3TCP/IP等）技术成熟、方便。并可以借用ODBC、SQL等技术与管理数据库方便连接。

3. 从PLC的I/O模块到现场总线分布式I/O

在FCS系统中，插在控制器机架上的I/O模块（传统的控制系统结构）将被连接到现场总线上的分散式I/O模块所取代。分散式I/O不再是控制器厂家的捆绑产品，而是第三方厂家的产品；廉价的、专用的、具有特殊品质的I/O模块（如防护等级、安全系统高、高压、大电流信号等）将具有广阔的市场。FCS的控制器与传统PLC配置方式比较如图1。

从图1可以看出，传统的控制系统（包括：基于PC、PLC、DCS产品的分布式控制系统），其主要特点之一是，现场层设备（包括变送器、执行器、在线分析仪表及其它检测仪表等）与控制器之间的连接是一对一（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓I/O接线方式，信号传递4－20mA（传送模拟量信号）或24VDC（传送开关量信号）信号。系统的主要缺点是：

（1）信息集成能力不强：控制与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4－20mA模拟量信号或24VDC等开关量信号，并以此监控现场设备。这样控制器获取信息量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障记录等数据很难得到。

（2）系统不开放、可集成性差，专业性不强：除现场设备均靠标准4－20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此，可靠性差。这种系统很少留出接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，面向行业的控制系统较少。

（3）可靠性不易保证：对于在范围的分布式系统，大量I/O电缆及敷设施工，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。

（4）可维护性不高由于现场设备信息不全，现场级设备的在线故障诊断、报警，记录功能不强。另一方面也很难完成现场设备的远程设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。

基于现场总线技术的控制系统，使用一根通信电缆，将所有具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接，这样，在设备层传递的不再是I/O（4－20mA/24VDC）信号，而是基于现场总线的数字化通信，由于数字化通信网络构成现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。由此可见基于现场总线的控制系统克服了传统控制系统所存在的不足，使得系统的信息集成能力增强，开放性、可操作性、互换性、可集成性能好，增强了系统的开放性、可集成性和专业性，保证了系统的可靠性、可维护性，由于省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，因而大大降低了系统及工程成本。

4. 结束语

回顾控制系统半个多世纪的发展历程，我们发现，随着微电子技术、控制理论与控制技术、数字通信技术的发展，DCS成了解决过程自动化最成功的系统。七十年代末DCS已着手将控制功能由集中向分散转移。但是由于受到现场仪表在数字化、智能化等方面的限制，以及DCS自身的困扰，它没有能够将控制功能彻底的分散到现场，如今FCS的出现已经使将控制功能分散到现场仪表上成为必要和可能。由于FCS具有DCS无可比拟的优势，使得FCS在未来的控制领域中有着广泛的应用前景，毕竟FCS是一门新的正在发展的高新技术，它的出现对人们来说还有一定的认识过程，正如我们当初认可DCS技术一样，只要FCS日趋成熟，标准统一，现场仪表的数字化、智能化问题能很好地得到解决，其市场前景将不可估量。

注：本文中提到的一些名词及缩写：

FCS：现场总线技术的先进控制系统（Fieldbus Control System-FCS）。

现场设备：指现场级检测及执行设备，如传感器、变送器、开关设备、驱动器、执行机构、指示及显示设备、人机操作接口等。

控制器：现场总线中的一个主站节点。至少具备总线通信与管理、逻辑执行等功能。

基于PLC的控制系统：指以PLC、远程I/O及PLC网络为基础的分布式控制系统。

总线控制 篇4

在目前的自动化生产线中, 电气控制技术的发展越来越快。随着生产线自动化程度的不断提高, 伺服控制器的应用也越来越广, 其具有控制精度高, 动态响应快, 稳定性高等优点, 可以实现高精度的位置, 速度控制完成复杂的生产工艺要求。但是在产品设计中要控制较大转动惯量的机械负载还是比较困难的, 以目前市场上所提供的伺服电机功率很难用单台电机来实现控制。

本文以我公司设计的旋转热飞锯产品为依据, 采用LENZE 9300EK伺服控制器设计, 介绍了基于伺服控制器can总线的主从同步控制技术, 通过主从同步控制实现了两台伺服电机共同拖动同一负载, 进而增大了伺服电机的功率, 通过现场实际运行, 该控制方式运行稳定, 可靠, 相信随着伺服技术的不断发展该技术可以广泛应用在现代化的自动化生产线中。

2 系统组成

由于本产品机械转动惯量较大, 在设计中已经无法选择适合功率的伺服电机, 因此我们选用两台55KW伺服电机, 共同拖动同一负载来增大电机功率。伺服驱动器采用两台LENZE9300EK, 该控制器具有丰富的控制接口。本系统采用的是PROFIBUS-DP总线与上位机进行通讯, 传递生产工艺参数, 并且对设备的运行状态进行监控。两台伺服控制器之间采用CAN总线来进行主从同步控制。系统框图如图1所示。

3 LENZE 9300EK伺服控制器简介

LENZE 9300EK伺服控制器属于电子凸轮型伺服驱动器, 除了基本的伺服功能外其内部还内置了电子凸轮发生器, 可同时自由编程8条凸轮曲线。与传统机械式凸轮系统相比, 更易于实现复杂轮廓的曲线修改和工艺的快速更新, 并有效克服机械凸轮系统易磨损, 改造周期长, 成本高等缺点, 广泛应用在生产工艺复杂, 控制精度要求较高的生产线中。LENZE9300EK伺服控制器还具有如下特点:

1) 接口能力强, 其具有数字输入/输出, 模拟量输入/输出接口, CAN总线接口, 旋转变压器和增量编码器测速反馈接口等等;

2) 具有故障标号, 运行中检查的故障功能, 故障分类清楚, 故障提示信息多, 便于故障处理。主要保护有:过流、过压、过速、断电、反馈断线、堵转、电机过热、过载等等;

3) 强大的电子凸轮功能, 如凸轮曲线之间可在线切换, 且没有时滞, 内置寻零及纠偏等功能, 内置延展/压缩及x/y方向的偏置等等;

4) 可视的调试软件GDC, 利用内置的曲线编辑工具可方便的编辑各种曲线, 可在微机上调试编程诊断。而且本身具有软件保护设置, 以保证软件的安全性。

4 主从同步控制设计

伺服控制器间的主从同步控制采用CAN总线设计, CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议, 它是一种多主总线, 通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线属于工业现场总线的范畴与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计, CAN总线越来越受到人们的重视。

本设计中两台伺服控制器的CAN总线的同步参数设置如表1。

伺服程序设计包括主机和从机的程序设计, 下面主要对CAN总线的接口程序进行说明。因为主机需要实时向从机传递转速和转矩信号, 所以将主机的CAN总线控制字CAN-OUT2.W3和CAN-OUT2.W2设置为从机的转速和转矩信号给定。从机采用的是转矩控制方式, 将MCTRL-N/M-SWT参数设置为1时, 从机选择转矩控制方式。MCTRL-N-SET作为速度限制上限端口与MCTRL-N2-LIM端口一起构成速度的上下限幅端口来使用。从机MCTRL-M-ADD是由主机的MCTRL-M-SET2通过CAN-IN2.W2给出。从机的速度限制值是由主机MCTRL-N-SET2通过CAN-IN2.W3给到从机, 然后取绝对值乘以一定的比例系数作为上下极限值给到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM作为速度的上下限制, 防止电机由于转矩的突然变化而造成电机失控的现象发生, 本设计采用的限制的范围值为±110%。通过实际现场应用该程序可以很好的实现主从同步功能, 满足生产工艺要求。MCTRL功能块如图2所示。

5 结论

目前采用主从同步控制技术的旋转热飞锯已经应用在实际的冶金生产线中, 通过现场应用的情况来看, 该产品运行稳定, 可靠, 客户反馈较好。可见随着伺服产品的逐渐推广, 基于CAN总线的主从同步控制技术会越来越多的应用在大型的自动化生产线设备中。

参考文献

[1]伦茨传动.Lenze伺服在无缝化钢管生产线上的应用[J].伺服控制, 2009 (10) .

[2]LENZE.SHB9300CRV EN2.0, 2007.

[3]LENZE.EDSVS9332K-EXT EN1.0, 2007.

总线控制 篇5

《集散控制与现场总线》课程教学改革与实践

作者：陈怀忠 韩承江

来源：《职业·中旬》2010年第10期

一、引言

工业自动化技术根据控制对象特性分为过程自动化和制造自动化两大方向,《集散控制与现场总线》是过程自动化专业的一门核心专业课程。课程涉及到自动控制原理、过程控制技术、集散控制技术等课程的学习,在过程自动化高技能人才培养中占据较重要的地位。长期以来,在教学内容上侧重讲解四大变量的原理和各种经典控制算法,以讲解为主,同时开展验证性教学实验。课程内容陈旧,理论与实践相互脱节,基本上是“教师讲,学生听;教师写,学生抄;教师考,学生背”的比较呆板的教学模式。难以调动学生学习的积极性和主动性。为了改变这种教学状况,本教学团队近几年经过不断摸索实践,在课程体系构建、教学方法和手段等方面进行全面改革,将理论与实践紧密联系起来,大大调动了学生积极性。

二、基于工作工程课程体系构建

1.课程体系构建

首先对教学内容进行调整,构建基于工作工程的课程体系。以过程控制职业能力的培养和职业素质教育为主线,突出综合职业能力的培养,从明确岗位群——职业岗位分析——典型工作任务——设计学习领域——设计学习领域课程的顺序进行分析。《集散控制与现场总线》课程体系构建流程如图所示。

《集散控制与现场总线》课程体系构建流程图

具体教学内容包括三个模块:基础模块、应用模块和技能模块。基础模块以必需够用为度,弱化原理讲解。技能模块和应用模块以企业真实项目为载体,是针对高职高专生产过程自动化技术专业和自动化类专业学生的系统安装调试和操作维护岗位职业能力所需知识、能力、素质要求而设计。

课程体系构建以培养学生从事集散控制系统运行及维护岗位工作的核心职业能力为主线,使学生掌握过程控制系统的基本理论知识,并通过集散控制系统实训项目的操作训练,使学生熟悉集散控制系统的构成、工作原理,并具有一定生产过程自动控制系统的策略组态、系统运行维护能力、故障处理能力和管理能力;每个项目的学习和训练内容是依据过程控制系统维护员、仪表维修工职业岗位典型工作任务所需要的知识、能力、素质要求,依据核心能力、行业

通用能力和敢为专项能力的要求而设计的。项目的实施按照实际系统工作过程组织教学活动,融合了理论知识传授和职业岗位技能训练。

2.课程内容开发

整个项目训练内容以实际生产过程控制中液位、压力、温度、流量四大工业变量为主要控制参数,以测量与控制仪表、DCS控制系统为主要控制装置,以任务为驱动展开对学生职业能力的训练和培养,通过模拟真实企业工业环境等多种学习情境设置,充分发挥学生的积极性、能动性,激发学生的学习兴趣和创新意识,提高学生的技术应用能力,培养学生的职业素养,为学生今后胜任职业岗位工作,适合职业变化和可持续发展打下一定的基础。在课程内容的选择与排序中,围绕工作任务学习的需要,以工作任务为中心选择和组织《集散控制系统及现场总线》课程的核心内容,来体现综合职业素质的培养。将课程内容划分为互相联系的学习情景,以项目化教学来组织课程内容,通过对各学习情景中学习目标、主要内容、授课方式、师生要求等各项内容的描述,来规范课程所要求的内容。为了实现以上目标,根据实训装置需要编写相应一体化教材。

三、教学方法改革

为了适应企业对应用性技能人才的需求,有效实施

“教、学、做、工、融合”一体化教学模式的实施,本课程建设小组突破了传统教学方法,探索采取“行为引导型”教学法,教学团队于2008年开始,在《集散控制与现场总线》课程中展开了“行动导向”教学法实践研究,至今已有5个教学班级进行了该教学方法实践,收效较好。

1.“行动导向”教学法在课程中的应用

(1)教学准备阶段(课前确定)。教师根据班级学生的特点,将班级的学生进行分组。

(2)下达任务书(引导文)。教师在投影幕布上投影任务书(引导文),任务书(引导文)分教学目标、教学任务、操作步骤三块内容,以任务四进行“行动导向”教学法为例,任务书见表1。

(3)检查阶段。及时了解学生对任务的实施情况,对学生遇到的问题,作好引导,过程与答案由学生自己得出。

(4)项目成果展示阶段。根据分工,各小组推选一名主讲员上台讲解任务的完成情况及演示任务成果。

(5)学生互评阶段。小组根据对上台演讲同学的演讲内容、演讲体态、演讲方法、演讲手段、演示效果、表达能力、专业能力、合作能力等进行综合评价。

(6)教师评价阶段。引导学生开展深入的自我批评,指出每个小组完成任务的优点与缺点。

(7)成绩考核阶段。对学生核心能力的建立上采取个体能力评价与小组合作能力评价、小组成员评价与自我评价、笔试或口试与动手能力测试相结合,而不是一卷论成败。

2.“教、学、做、工融合”教学模式

集中式“教、学、做、工融合”一体课程教学模式是基于职教规律、课程的特点、高职生的学习特点,根据过程控制系统制造、现场安装与调试及在设备中的维护与维修等岗位的知识与能力需求以典型应用案例为主线重构课程体系与教学内容将课程学习的场地安排在实训室、生产现场,将原来该门课程学习分散安排在15周完成变为集中在3周时间内完。成老师边讲解、边演示,学生边学习、边实践、边提问,实现知识与技能相融合,学生在“教、学、做一体”的教学环境下,较快理解并掌握现场总线系统安装、接线、调试能力。

3.利用现代化多媒体教学手段

教师积极学习制作教学课件和动画,利用多媒体教室,采用多媒体教学手段,给学生提供更多的图片、资料,增大课堂的信息量,尤其是将集散控制设备中复杂的机构原理,单闭环电路控制过程等通过课件比较形象的展示出来。课程采用多层次立体化的现代教育技术,课堂教学全程采用现场教学、多媒体教学和网络教学,突出教学重点,分解教学难度,形象生动,有助于激发学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,从而提高教学效率。

4.现场教学法

校内实训教学在实训室进行,现场教学在校外实训基地完成。在教授《集散控制与现场总线》课程中,教师直接将学生带到校外实训基地,现场对工厂DCS控制,现场总线设备的硬件系统运行和软件调试有关问题现场讲解,学生印象较深。

几年来,对该课程在课程体系、教学方法、教学模式等进行了一系列改革与实践,着眼于学生岗位职业能力和面向未来的迁移能力的培养,实现“教、学、做、工融合”的有机统一。按照职业岗位和工作任务设置课程,对课程内容进行取舍、重构。学生能在工厂仿真环境下接收职业指导,学生技能水平得到明显提高。

发动机和变速箱的CAN总线控制 篇6

【关键词】CAN总线；变速箱；发动机；J1939

【中图分类号】S219.031 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0153-01

一、现有系统介绍

主动式铲运车是动力系统主要包括发动机、变速箱，其协调控制是基于CAN总线通讯来实现，现已通过CAN总线实现了发动机与变速箱的协同控制，摆脱了以往依靠机械式或电气输口的输入控制方式。依托CAN总线发动机及ZF变速箱全开放J1939通信协议标准，根据发动机和变速箱的特性进行集中控制，使各方面专家的成熟控制方案得以实施，在控制其节能和功率控制方面创国内领先水平。该设备于2010年由欧洲引入国内，经过2年的试制研发，其电气控制系统完全由国内专家协作开发，已达到国内工程设备先进水平。

目前这在国内实用两年的成熟动力CAN总线控制系统在采用04排放的发动机的最新铲运机型上得到了继续沿用，并于2012年8月瑞士试机成功。

二、J1939协议简介

J1939是运用于移动车辆的一种支持闭环控制的多个组成部件控制器之间的高速通信网络协议，它CAN2.0为核心，一个J1939的CAN数据帧由标识符（ID）、数据度、最长8字节的数据内容组成。其中标识符信息包含了以下信息：优先权（P）、保留位（R）、数据页位（DP）、协议数据单元（PDU formamt）和源地址（sourceaddress）。

三、发动机J1939部分

通过发动机CAN总线J1939协议可以实现发动机诊断、状态监视、油门控制等多方面信息传递。发动机的状态和控制是通过数据长度为8字节不同的CAN数据包来进行传送，这些数据据包通过各自不同的ID号来加以区别，每个数据包在J1939协议中以不同的名字来命名。其中较常用的如是反映发动机当前故障点的故障号（DM1、DM2、DM5），发动机工作总时间，当前电池电压，燃油经济性，燃油温度和冷却液温度（EET），当前发动机转速及转矩（EEC1）、載荷百分比（EEC2）、冷却液位及机油压力（EFL/P），空压温度；用来控制的CAN数据包发动机转速＼转矩控制（TSC1），发动机软启停和最重要的修改发动机工作曲线的CAN指令等。

对于04排放发动机J1939部分新增了冷却水位，后处理器（DPF）选择开关及DPF灯等需要强制安装的开关和灯等元器件相关协议，这样就只需要对虚拟仪表和PLC程序略加改动就能从以往旧有程序升级到适用于04排放发动机的程序。

四、变速箱CAN数据部分

变速箱与发动机和控制器通过CAN总线来进行联系，从发动机和变速箱所发出的CAN数据中可以获得足够的控制信息来协调整个电气系统工作在合理的工作范围内，实现功率分配的最优化和节能的最大化。在发动机所发出的CAN数据中，最常用的包括下列主要状态数据：发动机输入转速、输出转速、变档范围、当前档位、档位方向、OP模式等（TCU1）；AEB模式及其子代码、各电气输入输出点的IO状态、油底壳温度等（TCU2）等。对于变速箱，将从总线上获取EEC1、EEC2、EEC3、ERC1、CCVS等各帧CAN数据作为变速箱运行的参考，同时发出TSC1、ETC1、ETC2数据放到CAN总线上供发动机和设备控制器使用。

依据变速箱的相关CAN总线指令协议，在控制方面变速箱可以摆脱电气物理控制接口，实现全CAN通讯控制，这也为生产厂家降低了相关硬件成本，并尽可能减少了维修故障点提供了可能性。

五、设备控制器

设备控制器接收以上发动机和控制器所发出的讯息，采集液压系统等传感器的电气讯号，将信息汇总分析后对设备执行机构发出操作指令，并依据协议规定的CAN数据对发动机转速和扭矩进行控制以及对变速箱的当前档位、采用的工作模式进行操作，并进行协同工作，同时将采集的信息如故障代码、状态信息发送到人机界面，并由人机界面给出相关提示信息和诊断讯息指导操作人员和维护人员进行相关操作或提供信息参考，另外可由专业技术人员通过人机界面来对发动机工作曲线、变速箱工作模式，对整台设备的功率分配方式及节能制式进行简单的配置。

六、前景探讨

整车控制系统通过J1939协议获取发动机和变速箱的转速及转矩信息，加上设备控制器从液压系统采集的液压信息，和通过电磁阀芯反馈电流值大小可控制液压回路的输出排量，合理估算出各子系统的功率分配，通过人工输入的当前工况，根据设备不同的工作特性，采用适当的发动机工作曲线和设置变速箱的不同变档工作曲线，使设备工作得以顺畅的工作在最经济的工作状态下。

现在如何节能已经成为全球面临的普遍问题，越来越多工程设备面临着如何更多地降低油耗的问题，设备各种组成部件由不同的专业厂家制造，而CAN总线通讯技术使得各组成部件按照预设的工作方式协调工作成为可能，基于开放式总线通讯技术的动力控制系统在节能这一方面具备不可比拟的优势，而基于CAN的J1939控制为实现这一最经济的工作方式铺平了道路，不难想像将来在这一基础之上，更先进的节能技术将会不断推陈出新，被开发出来并应用于不同的设备平台。

参考文献

[1]饶运涛，邹继军，郑勇芸S现场总线CAN原理与应用技术[M]北京：北京航空航天大学出版社，2003：18

[2]阳宪惠，现场总线技术及其应用。北京：清华大学出版社，1999

总线控制 篇7

与传统的PLC点对点的控制方法相比,总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括:

(1)安装、调试、设计、维护的费用大幅度地降低,维护和改造的停工时间降低60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得明确;标准接插件快速、简单快捷的安装,使人力、物力大量降低;强大的故障诊断能力,使系统的调试和维护工作量大幅降低。这是因为系统综合成本及一次性安装费用降低40%。由于导线、连接附件的大幅度降低,使原来的大多数,甚至几千根控制电缆浓缩到一根总线电缆,同时也使接线端子、电缆桥架等附件降到最低。

(2)许多总线在通信介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定,从而确保总线通信快速、完全可靠地进行。因为系统性能大幅度的提高,使控制系统的档次跨越了一个台阶,可靠的数据传输,快速的数据响应,强大的抗干扰能力。

(3)总线系统拥有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通信故障、电源故障,以及装置和连接件的断路、短路故障,从而可以迅速地发现系统的各种故障位置和状态。

(4)采用数字信号通信,有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号,避免了信号的衰减和变形。

(5)总线节点具有IP67的防护等级,具有防尘、抗振动、防水等特点。可以直接安装于工业设备上,大量降低了接线箱,使系统可靠性提高。

(6)本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所,降低系统发生危险的可能性。

2 系统设计

由传统的温湿度控制系统构成的计算机温湿度测控系统,需要使用电源、信号、地线等多根导线,并要求系统为其提供电源和模拟量输入接口,同时对信号传输距离、电磁干扰也要求较为严格,尤其是在测量点数较多时,上述问题显得尤为突出,这不仅使系统成本增加,也使系统可靠性大为降低。而如果沿着电缆线也能传送电源的话,那么就可替代外部电源来为系统供电。一种巧妙的、从数据线上“窃电”的方法,使得多个器件可挂接在同一根电缆线上,并双向传送数据,同时为器件提供电源,这就是单总线微网技术。这种方法不仅节省了额外的连线和远端电源,有效地降低了成本,更有意义的是单总线上挂接的器件具有全球唯一的序列号和自定时控制器,因此简化了温湿度测控系统设计。

目前DALLAS公司提供了多种一线总线温度控制系统,如DS1820、DS18B20、DS18S20等,采用上述器件并利用单总线微网技术,可轻松构成全数字化的万点测温系统。但对于湿度的测量,DALLAS公司并未提供相应的传感器,这就给利用单总线微网技术测量温湿度带来不便,针对这种情况,我们采用Honeywell公司相对湿度控制系统HIH-2610,配合DALLAS公司一线总线器件DS2428设计出一种完全符合一线总线规范的温湿度控制系统,可直接挂接在一线总线上,构成一线总线温湿度测控系统。

3 系统结构

挂在一线总线上的器件必须满足以下几方面的要求:

(1)低功耗

一线总线的电源通常由一个连接于2～5.5V电源端的4.7kΩ上拉电阻提供,其提供的电源能量是非常有限的,故要求一线总线器件必须满足低功耗的特性。

(2)具有唯一的身份码

一线总线是通过身份码来识别挂在同一总线上的不同器件的,因此要求每个一线总线器件均具有全球唯一的64位ROM识别码。

(3)必须满足一线总线器件的时序要求

根据上述对一线总线器件的要求设计出的一线总线温湿度控制系统如图1所示。这里选用了具有功耗低特性的HIH-2610湿度控制系统,以满足一线总线对低功耗的要求,选用了一线总线器件DS2428以满足身份码及时序要求,下面对上述器件予以详细介绍。

4 HIH-2610集成湿度控制系统

HIH-2610是美国Honeywell公司生产的相对湿度控制系统,该传感器采用热固聚酯电容式传感头,同时在内部集成了信号处理功能电路,因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值,再将电容值转换成线性电压输出的任务,同时该传感器还具有精度高、响应快速、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点,其性能指标如表1所示,输出电压与相对湿度的关系曲线如图2所示。

由特性指标及输出电压与相对湿度关系曲线可得出如下结论:

(1)HIH-2610在供电电压为5V时,其消耗电流仅为200μA,故完全可满足一线总线对器件低功耗的要求。

(2)HIH-260输出电压为:

即输出电压Vout不仅正比于湿度测量值,且与电源电压值Vsupply有关,若Vsupply固定为5V,则其值仅由相对温度值决定,但由于一线总线上的供电电压值为变量,故要求在进行湿度测量的同时还应测量电源电压Vsupply的值。

(3)HIH-2610测量的湿度值还与环境温度有关,故应进行温度补偿,补偿公式为:

式中:T为环境摄氏温度值。

因此,为得到准确的湿度测量值,还应在测量湿度的同时测量环境温度和一线总线电源电压值。

5 总线器件DS2428简介

为实现上述参数的计算机测量,要求所选用的器件不仅能完成温度、湿度和电压值的测量,还应满足一线总线对器件身份码及时序的要求,因此只有选用一线总线器件才能同时满足上述要求。若选用DS2450一线总线A/D转换器,并配合一线总线数字温度控制系统DS1820,虽可完成温湿度测量功能,但会增加传感器的软硬件复杂程度,故这里选用DAL-LAS公司的智能电池监视器件DS2428,该器件主要特性如下:

(1)一线总线接口只有一根信号线与CPU连接。

(2)无需备份电源,可用数据线供电。

(3)片内10位精度的电压ADC,(0～10V输入10位,0～5V输入9位)。

(4)片内10位精度的电流ADC(带符号)。

(5)片内12位精度的温度控制系统。

(6)温度测量范围-55～125℃,测量精度为±0.5℃。

(7)片内40Byte的E2PROM,可用于保存电池参数、充电时间。

(8)片内实时时钟。

(9)64Bit ID ROM。

由上述特性可知DS2428硬件资源有2个ADC和一个温度控制系统,电压ADC对0～10V输入信号实现10位变换或通过内部多路开关对0～5V输入信号实现9位变换,用来读取加在电源引脚上的电压。电流ADC用来测量大电池电流流经外部0.05W电阻时产生的电压,具有带符号的10位精度,全量程电压为±250mV。DS2428还有一个类似于DS18B20的12位温度控制系统,其测温精度为±0.5℃,除此之外该器件还具有实时时钟功能并提供了40字节非易失性存储器。由上述介绍可知,DS2428较多的硬件资源恰好可满足本设计中温湿度测量的需要。

本系统利用DS2428内部的温度控制系统实现环境温度的测量,此温度一方面用于温度值输出,另一方面用于湿度测量时温度值的补偿。然后利用DS2428内部的电压ADC,通过多路开关切换分别得到湿度测量值和湿度测量时一线总线的电压值。这样,通过DS2428可获得温湿度测量值及温度补偿值。

6 供电电路

由图1可见,使用DS2428可方便地把一个电压输出的湿度控制系统转换成智能化的具备多点测量功能的一线总线温湿度控制系统。此外由于需从一线总线上获取电源提供给DS2428和HIH2610,故还应设计相应的电源电路。电源电路由VD1、VD2及电容C1构成,其中肖特基二极管BAT54S和电容C1构成半波整流电路,在总线空闲时为DS2428供电,C1为0.1μF的容量足以满足HIH2610所需的200μA工作电流,这实际上也是一线总线器件内部所采用的寄生供电方式,只是在本系统中用分立器件方式实现。肖特基二极管VD2接在一线总线与地线之间,目的是将负向信号偏移限制在-40V以内以实现电路的保护功能。

7 结语

根据一线总线规范设计出一种一线总线温湿度控制系统,一线总线主机可根据读取的湿度值、温度值及电压值经计算后得到实际的湿度值,同时可利用存储在DS2428 E2PROM中的传感器标定参数对传感器输出值进行修正,以降低传感器标识误差。因此本传感器具有较高的智能化程度和测量精度。同时由于每个传感器均挂在一条总线上,从而大大降低了布线及安装费用,使采用单总线微网技术构成的多点温湿度测量系统成为可能,因而具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]赵洪涛.Honeywell相对湿度传感器的信号调.传感器世界[J],1999,(10).

[2]李敏,孟臣.基于一线总线的温湿度传感器设计.传感器世界[J],2003,(04).

[3]高芳.温度、湿度实时监测与报警系统的设计与实现[D].河北大学,2005.

[4]沈建群.充气电缆气压监控系统的设计[D].上海交通大学,2007.

CAN总线在电机控制节点的应用 篇8

1 系统硬件设计方案

系统以单片机为中央处理单元, 由键盘输入电路, LCD显示, 直流电机测速电路等组成。如图1所示, 在CAN总线中, 通信控制器采用SJA1000, 总线收发器采用82C250;电机控制模块中, 采用槽型光耦来测量速度, MC33886驱动电机;人机模块采用5个独立按键和LCD1602显示[3]。

基于MC33886的驱动电路采用双半桥式驱动方式[4]。单片机产生PWM驱动脉冲, 输入到芯片的IN1、IN2脚, 再经OUT1和OUT2脚输出以驱动电机工作。

测速电路分为2个部分, 一个部分用来发送, 另一部分负责接收。发送部分是一个发光二极管, 而接收部分则是一个光敏NPN三极管。当光路通畅时, 光敏三极管的基极接收发光二极管发出的光, be上就会有电流产生, 三极管导通, 集电极输出为低;当光路被阻隔时, 光敏三极管截止, 集电极输出为高。

CAN总线通信节点电路设计

如图2所示, 通信节点采用独立CAN通信控制器SJA1000及CAN收发器PCA82C250, 组成与上位机或其他智能节点的通信接口, 实现数据传输。其中, SJA1000符合CAN2.0B协议。片选信号CS由单片机的第28脚控制, 当CS接到低电平时, SJA1000被选中, CPU可对SJA1000进行读/写操作;单片机的ALE、WR、RD端分别控制SJA1000的ALE、WR、RD端, 地址数据线AD0~AD7由P0口分时复用实现;SJA1000的中断请求信号INT和单片机的INT0直接相连, 有中断发生时, INT由高电平跳变到低电平。PCA82C250作为CAN控制器和物理总线间的接口, 向CAN控制器提供差动接收能力和总线差动发送能力, TXD和RXD引脚分别发送和接收经过驱动后的信号。

2 节点通信软件设计方案

为使控制软件易读、易写、易移植, 软件部分遵循模块化设计原则, 节点软件主要包括五大部分:键盘软件设计、LCD显示设计、电机测速, 转速控制、CAN通信[5]。采用CAN总线协议与上位机通信, 是本节点设计的优势, 通信模块软件设计包括:节点初始化、发送子程序、接收子程序[6]。

2.1 节点初始化

SJA1000的初始化只有在复位模式下才能进行。初始化主要包括对其工作方式、验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器、验收滤波方式、中断允许寄存器和波特率参数等进行设置。初始化设置完成后, SJA1000信息技术与信息化计算机应用技术

进入工作模式, 执行正常的通信任务。初始化流程参见图3。

2.2 发送子程序

发送流程如图4所示。节点初始化后, 需要发送数据时, 单片机只需把待发送的数据安装特定格式组合成一帧报文, 送入SJA1000发送缓存区, 启动发送即可。

2.3 接收子程序

接收过程采用中断接收方式。当总线上有数据发往本节点时, 主控芯片产生中断, 在中断服务中读取接收缓存区, 即可完成接收。其流程如图5所示。

3 系统特点分

经调试, 系统成功地实现了对小功率直流电机进行光电测速、按键设定调速、控制电机转速, 以及与上位机通信、远程实时监测和控制该节点的功能。

控制节点通过编程确定报文发送方式和时间间隔, 例如15s、1min等;报文内容为节点工作状态、节点测到的转速等。当控制节点遇到突发故障时, 可立即发送报警报文, 并提供节点故障的具体情况。

尽管没有传递函数和电机特性曲线, 通过试凑法来整定PID参数, 电机在1s中有±2圈的误差。

4 结论

CAN总线自身的特点决定了其数据接收实时性好、数据误码率低。本文设计的控制节点利用CAN总线通过与上位机连接, 构成分布式测控系统。通过长达1km的双绞线与上位机实时传输数据, 结果表明, 该系统具有较好的可靠性、实时性和较好的控制性能。利用CAN总线通信技术的控制节点在过程工业、机械工业等工业自动化领域有广阔的应用前景。

摘要：为解决电机控制节点与上位机通信的实时性和可靠性等问题, 现以单片机为核心的电机控制节点为例, 采用CAN总线技术来实现远程测量电机转速、远程控制, 搭配LCD模块, 实现了远距离和强干扰环境下电机的可视化控制的系统。采用CAN总线技术有效地降低了通信成本, 同时提高了系统的实时性、可靠性和灵活性。

关键词：CAN总线,电机控制,实时性

参考文献

[1]鲍官军, 计时鸣, 张利等.CAN总线技术、系统实现及发展趋势[J].浙江工业大学学报, 2003, 31 (1) .

[2]冯路.CAN总线网络性能分析[C].全国第十一届信号与信息处理、第五届DSP应用技术联合学术会议, 南昌:2007:308-309.

[3]范红刚, 魏学海等.单片机自学笔记[M].北京航空航天大学出版社, 2010.

[4]冉振亚, 周智庆, 李越等.电动汽车CAN总线驱动控制系统设计[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 2008, 31 (6) .

[5]Ali, M.8051微控制器和嵌入式系统[M], 机械工业出版社, 2007.

基于GPIB总线的电源控制系统 篇9

电源控制系统是基于电源设备GPIB控制接口进行对电源的程控操作，从而实现了对电源参数配置及电流加电和断电控制。系统主要由主控计算机、五台Agilent电源、GPIB控制卡、GPIB线缆和电源控制软件组成。电源控制系统可以实现对实验设备真实运行环境的模拟仿真，实现供电系统循环自动加电和断电的实验测试。

1 电源仪器选择

虚拟仪器的硬件平台由计算机和I/O接口设备两部分组成。I/O接口设备主要完成信号的输入、采集、放大、模数转换任务。目前，工程中应用的仪器设备种类繁多、功能各异，一个测试系统经常需要多台不同种类和功能的仪器协同工作，而一般的串口、并口难以满足要求。在电源控制系统中，供电控制计算机需要对34A恒流源、18A恒流源、2.5A恒流源、0.25A恒流源进行精确控制，由于精度高和实用性等问题，GPIB仪器设备一直是首选测量设备，其利用率远远高于其它总线形式的仪器系统。因此，系统采用具有通用接口总线GPIB的Agilent电源仪器进行控制。

系统通过GPIB-USB-HS控制器实现控制计算机与五台Agilent电源进行通信控制操作。控制器可将任何带USB端口的计算机转换为功能齐全、即插即用的IEEE-488.2控制器，最多可控制14台可编程GPIB仪器。NI GPIB-USB-HS体积小、重量轻，是不具备内置I/O插槽的笔记本计算机或其他设备实现便携式应用的理想选择。

控制计算机通过GPIB控制器，按照GPIB即通用接口总线（General Purpose Interface Bus）进行对电源仪器的控制通信。GPIB是国际通用的仪器接口标准。目前生产的智能仪器几乎无例外地都配有GPIB标准接口。国际通用的仪器接口标准最初由美国HP公司研制，称为HPIB标准。1975年IEEE在此基础上加以改进，将其规范化为IEEE-488标准予以推荐。1977年IEC又通过国际合作命名为IEC-625国际标准。此后，这同一标准便在文献资料中使用了HP-IB,IEEE-488,GPIB,IECIB等多种称谓，但日渐普遍使用的名称是GPIB。

在一个GPIB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有“讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。

讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（如测量仪器、数据采集器、计算机等），在一个GP-IB系统中，可以设置多个讲者，但在某一时刻，只能有一个讲者在起作用。

听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等），在一个GP-IB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。

控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址或允许“讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GP-IB系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。

控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中的某一台装置可以具有三要素中的一个、两个或全部。GP-IB系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。

2 系统开发平台

系统开发平台采用美国国家仪器的LabVIEW软件进行开发，它提供一种集成化软件开发环境，在该环境下可以完成测试应用、仪表设计、调试与运行。该环境由面板设计窗和逻辑设计窗组成，面板设计窗负责完成测试界面的设计工作，逻辑设计窗负责完成各个模块的逻辑连接工作。LabVIEW是一套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件。它增强了用户在标准计算机上配以高效经济的硬件设备来构建自己的测试系统的能力。利用它和常用的仪器仪表等采集设备可以自由的设计出合适自己的虚拟仪器系统，而不再受仪器设备生产厂家所设计的功能制约。它提供了一种数据流的编程方式，用户只要按需要连接各个逻辑模块即可构成程序。对于复杂的测试任务，可以按照模块设计的概念，把复杂的测试程序变成一系列的子程序。设计时先设计完成各项子任务的vi，再把这些vi按照一定时序组合起来完成更大的任务。

3 系统开发

按照电源控制系统的供电要求，两台Agilent 6673A电源提供34A和18A恒流源，一台Agilent 6643电源提供2.5A恒流源，一台Agilent 3632A电源提供0.25A恒流源。系统整体功能设计如图4所示。

主控程序功能可以对4台电源的供电参数进行详细配置，并可以模拟真实的实验环境，根据上电时间、断电时间对电源进行周期上断电控制。（图5,6)

4 小结

电源控制软件具有电源自检的功能，可以判断电源与主控计算机是否通信正常。当自检出现异常时，给出排查故障方法，对故障进行逐一排查，保证系统硬件的正常运行。

通过主控计算机的控制，能够在测试前允许定义加电时间和断电时间，以及对5台电源电流、电压、保护电压等参数配置。

系统的模块化开发有效的保证了软件各个模块相互依赖性很小，降低了传播变化和错误的路径，提高了系统的可靠性和稳定性；满足了长时间运行的应用场合，考虑到了大电流加电和断电的安全性。

参考文献

[1]杨乐平,李海涛,杨磊编著,LabVIEW程序设计与应用,电子工业出版社,2006,第四版,439-440.

[2]雷振山,魏丽,赵晨光,汤小娇编著.LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用.

[3]张重雄,编著,虚拟仪器技术分析与设计,电子工业出版社,2007年8月第1版.

[4]侯国屏,王坤,叶齐鑫,LabVIEw7.1编程与虚拟仪器设计,清华大学出版社,2005年2月第1版,1-2.

总线控制 篇10

一、电气控制与PLC课程教学改革

电气控制与PLC课程是一门工程实践很强的课程。该课程总体分为两大部分:一是传统的继电-接触器控制系统, 二是以PLC为控制器的电气控制系统。随着课程改革, 将课程重点从过去以继电-接触器控制系统转换为以PLC控制系统, 删去了知识陈旧的章节, 引入了网络通信等实用技术。但实验教学还没有跟上教学内容的更新, 开设的实验大部分是验证型实验, 对现代工业控制网络和通信技术无法开设实验。随着高校实验教学内容的改革, 我们针对实验教学内容和学生综合能力培养的要求, 在现有实验装置基础上, 设计一套现场总线控制系统实验装置, 为本科生的实验教学提供良好的实验条件和实验环境。

二、实验系统与现场总线

近年, PLC控制技术从单机控制向联网群控技术发展。PLC联网群控技术是指利用集成方法, 将智能型计算机技术、高性能的网络通信技术、信息处理技术、综合自动化控制技术有机结合, 通过对设备运行状况的监视、协调、自动控制各种设备的一种监控技术, 在这种监控系统中, 各下位机PLC本地测控终端都配备有本地人机操作界面, 以便通过本地测控终端对整个设备的运行状态进行监视并控制, PLC用于现场设备的直接控制, 计算机对PLC的编程监控管理, 提高了生产效率。计算机系统应用以太网TCP/IP可完成设备远程控制、参数化及故障诊断工作。企业内网Intranet外延接入Internet, 向下联接以过程自动化为主的现场总线 (Fieldbus) 。现场总线是面向工厂底层以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点, 实现相互交换信息, 共同完成自动控制功能。上世纪80年代以来, 各种现场总线技术开始出现, 人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高, 从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会 (ISA) 于1984年开始制订现场总线标准, 在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等, 各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有:基金会现场总线F F (Foundation Fieldbus) 、控制局域网络CAN (Controller Area Network) 、局部操作网络Lon Works (Local Operating Network) 、过程现场总线PROFIBUS (Process Field Bus) 和HART协议 (Highway Addressable Remote Transducer) 等。我们选用了控制局域网络CAN。CAN总线最早是由德国Bosch公司推出, 用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准, 并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于OSI模型, 但进行了优化, 采用了其中的物理层、数据链路层、应用层, 提高了实时性。其节点有优先级设定, 支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线, 通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短消息报文, 每一帧有效字节数为8个;当节点出错时, 可自动关闭, 抗干扰能力强, 可靠性高。CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一, 也是我国最早引进的总线之一, 已经在汽车制造、机械制造、包装机械、烟草等行业得到了广泛的应用。为此我们选用了控制局域网络CAN总线来构成PLC联网群控实验系统。

三、实验系统的构建

实验系统总体结构设计从教学和科研出发, 根据集散控制思想, 从系统的稳定性、实时性、控制可靠性几个方面考虑, 构建了总线控制系统。它包括总监控模块、主控制模块和现场控制模块, 各模块独立地完成其所负责的功能。中央总监控模块对控制系统进行监测, 即教师管理模块, 用于所有子系统进行调度和监控, 实现实验项目选择、实验成绩评定和实验过程监控, 相当于企业的管理层。主控制模块起协调作用, 通过现场总线协调主控制层计算机对下层节点的管理, 实现系统运行时各个节点的协调与同步, 同时将下层 (现场控制层) 送达的数据汇总后向高一级管理层传送, 相当于企业的车间管理层。现场控制模块由PLC控制器、现场设备组成, 主要功能是采用PLC作为控制器, 实行对现场设备运行自动控制, 相当于企业的车间设备控制层。

本文针对于基于CAN总线构成现场总线控制系统, 即如何利用主控制PC和PLC基本控制系统构建PLC的联网群控, 实现集散控制。

1. 硬件设计

主控制模块选用通用计算机或工控机, 并选用台湾研华公司的PCL841CAN总线通讯控制卡, PCL841是研华公司开发的双口CAN总线通迅控制卡, 它通过ISA扩展插槽把主控PC机挂接到CAN总线上。

现场控制模块利用实验室的6台三菱FX2N系列PLC, 它具有RS232串行功能。为了实现PLC与总线进行通信, 设计了CAN-S232转换器, 选用Philips公司的SJA1000CAN总线通信控制器和PCA82C250总线收发器。在实际应用中, 由于环境对电路的影响很大。所以为了减少这些干扰, 在设计CAN-S232转换器时, 在电路中使用高速光电耦合器件6N137, 使SJAl000的TX0与RXO不直接82C250的TXD和RXD相连, 而是通过高速光耦与82C250相连, 这样可以实现总线上各CAN节点间的电气隔离, 也可以达到现场控制层和主控制层之间信号的隔离。

实验装置利用实验室现有的PLC实验控制面板, 它们包括继电-接触器控制板、步进电机控制板、气路控制系统、三层电梯控制板、交通灯控制板、抢答器控制板。该实验装置采用模块化结构, 做实验时可以根据实验要求选用不同的实验板搭建实验系统。

2. 软件设计

CAN总线的程序主要包括三个部分, 即CAN初始化、通信程序。

初始化程序主要是对SJA1000的初始化设置, 包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器和验收代码寄存器的设置、波特率的设置和中断允许寄存器的设置。SJA1000的初始化工作要在复位模式下才能进行。

通信程序包括数据的发送和数据的接收两个子程序。发送子程序主要负责节点报文的发送, 发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一桢报文送入SJA1000发送缓冲器中, 然后启动SJAI000发送即可。接收子程序是负责节点报文的接受以及其它情况的处理。接收数据较之发送数据要复杂一些, 因为在处理接收报文的过程中, 要对如总线脱离、错误报警等情况作出处理。两种信息从CAN总线到CAN接受缓冲区是由CAN控制器自动完成。SJAl000对于报文的接收可采用两种方式, 即中断接收方式和查询接收方式。如果对通信的实时性要求不是很强, 一般采用查询接受方式。我们采用中断接收方式来实现。

3. 总线冗余

CAN总线存在于环境十分恶劣的工业现场, 总线电缆很容易发生短路、受挤压等情况, 一旦遇到这些情况, 那么总线就不能正常通信, 整个总线系统无法运行。解决这类问题的方法是总线冗余, 也就是说使用两条或多条总线电缆。由于适配卡PCL841有2个CAN线端口, 能同时运行于2个分离的CAN总线网络, 保持一套运行, 另一套备用, 实现总线冗余。

四、实验系统的应用

该实验系统主要用于本科生的实验教学、课程设计和毕业设计, 也可用于研究生和教师从事现场总线控制系统的开发与应用的研究。它可以通过不同的硬件配置和软件组态, 完成相当数量的实验项目。

1. PLC单机控制实验

利用PLC I/O接线板和不同的控制板实现不同的控制系统。例如与继电-接触器控制板构建异步电机控制系统, 实现电机正反转、启动、制动控制以及多电机的顺序控制;与交通灯控制板实现交通灯控制和故障监视、报警功能;与抢答器控制板实现4组抢答器控制, 该系统有一个总按钮, 用于主持人对系统的复位, 各组比赛人员2人, 用指示灯构成的数码管显示组号;与气路元件实现气路控制, 可以构成单回路控制系统或双单回路控制系统, 也可以构成滑台控制系统。控制软件用编程器完成。

2. PC-PLC通信实验

(1) PC-PLC单机通信

利用RS232串行口连接计算机PC和PLC, 用三菱组态软件在PC机完成控制程序的编写和调试, 通过串行口将调试过的程序传送到PLC, 实现相关控制。

(2) PLC群控

利用CAN总线将一台计算机PC和两台PLC连接, 实现PLC群控。例如两台步进电机运动控制, 两台电机复杂的插补运算由PC实现, 电机的控制 (如速度控制) 由PLC实现。但一套CAN总线系统挂接节点数量超过5个, 其电机实时控制时间将大大减少。

3. 课程设计和毕业设计

机电专业的学生可以利用该系统进行控制类的课程设计和毕业设计, 如X-Y工作台的控制, 气动机械手设计, 机床PLC改造等方面的题目, 只有在本实验装置上增加相应的终端设备, 就可以实现不同地控制系统。使学生的设计与实际生产相结合, 大大提高了学生的工程实际能力和严谨的科学作风。因为在学生设计过程稍有错误或精确度不够, 设计就无法完成, 从而使学生认真地对待每一步设计。

4. 现场总线控制系统的开发与研究

现场总线是近几年出现的新技术, 其工程应用在我国刚刚起步, 可以预见在将来各种现场总线将得到广泛应用。利用该系统可以对研究生和教师科研能力的提高起到重要作用。可在该系统上进行现场总线设备 (如现场总线仪表、现场总线控制器) 、控制软件、组态软件和企业管理软件的研究和开发。

五、结束语

随着PLC应用的普及, 对PLC控制系统的监控和管理就显得非常必要。本文利用CANBUS的性能和特点构成的现场总线系统, 不但可以实现PLC的单机控制, 也可以实现PLC的群控和通信。实验内容丰富, 搭构灵活, 技术含量高, 综合性强, 不仅有利于培养学生的学科技术的应用能力和工程实践能力, 也为提高教师的教学和科研水平创造条件。

摘要：本文利用CAN总线把PC机和多台PLC基本控制系统互联构成PLC联网群控实验系统。阐述了该实验系统构建以及现场总线实验系统硬件与通信软件组成, 介绍了该系统在实验教学中的应用。

关键词：CAN总线,PLC联网,集散控制系统,实验系统

参考文献

[1]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1 9 9 6

[2]刘美兰.PLC控制教学实验系统的设计[J].实验室研究与探索, 2004 (2) :26-27

[3]鞠勇.面向实际工程应用的P L C实验室建设[J].实验室研究与探索, 2002 (1) :101-103

总线控制 篇11

关键词：光电经纬仪 现场总线 CAN 总线

1、引言

在靶场试验的测控系统中，光电经纬仪一直发挥着重要的作用。光电经纬仪是一种用于空间移动目标跟踪定位成像的高精度光电探测仪器。因其具有实时、高精度、动态跟踪和能够实现图像再现等优点，被广泛应用于航空、航天、武器实验、天文观测等科研和军事领域。光电经纬仪各分系统的输出数据结构不同，通信方式主要有RS232，RS422／485，并口等。这几种通信方式存在较多的先天性缺陷：通信速率低、传输距离短、线路利用率低、抗干扰能力差、容错性差、不易扩展、难以维修和测试。

随着光电跟踪探测技术迅速发展，对目标的测量技术要求不断提高，传统的通讯方式已无法满足要求。要解决上述问题，就需要寻找一种在实时性、可靠性等方面均能满足经纬仪要求的通信方式来统一设备内部的通信。经过对各种数据通信方式的比较，发现现场总线控制具有明显的优势。

2、现场总线控制系统

现场总线：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。它是一种开放的、全数字化、双向，多站的通訊系统。

采用现场总线将使控制系统结构简单、系统安装费用少并且易于维护；现场总线技术越来越受到人们的重视。但由于各种现场总线侧重面不同，各有相应的应用领域，目前多种现场总线并存的现象。目前比较流行的现场总线主要有：FF(Foundation FieldBus，基金会现场总线)，PROFIBUS(Process FieldBus，过程现场总线)，LonWorks(Local Operating Network，局部操作网)，HART(Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器数据通路)，CAN(Controller Area Network，控制器局域网)。在对各种现场总线的综合比较中发现，CAN总线具有突出、优异的性能。本文不对其它总线作具体介绍，只详细介绍CAN总线。

3、CAN总线

3.1CAN总线简介 CAN (Controller Area Network，控制器局域网)是一种有效支持分布式实时控制的串行通信网络，具有通信率高、实时性好、可靠性高、连接方便和性价比高等特点。CAN协议最大的特点就是废除传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点是可使网络内的节点个数在理论上不受限制，还可以使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。由于CAN总线本身的特点，其应用范围目前已不再局限于汽车行业，而扩展到了机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗机械、家用电器及传感器等领域。

3.2CAN总线的技术特点CAN总线构建的通信系统具有很多优秀的特性：CAN网络具备良好的可靠性设计，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，保证了基于CAN总线可以构成多主结构或冗余结构的系统。系统具有良好的故障隔离能力，CAN总线接口电路通过2个输出端(CANH，CANL)与物理总线相连。在任意时刻，CANH端的电平只能是高电平或悬浮状态，而CANL端的电平则只能是低电平或悬浮状态，从而使得即使多个节点同时向总线发送数据，也不会出现总线“短路”的情况。CAN具有良好的传输防错设计，CAN采用短帧结构，数据传输的时间短、受干扰的几率低，且CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施。CAN总线的通信距离远，速率高。直接通信距离最远可达10Km(速率在5Kb／s以下)，通信速率最高可达1Mb／s(通信距离最长为40m)。CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活、结构简单、器件容易购置、每个节点的价格较低，而且开发技术容易掌握，能充分的利用现有的单片机开发工具，具有较高的性能价格比。从以上可以看出应用CAN总线能够很好地解决光电经纬仪内部通信的问题。

4、基于CAN总线的光电经纬仪通信方案

4.1基于传统通信方式的光电经纬仪结构 在传统的控制领域，集中控制系统占据主流地位，它具有系统实时性强、扩展方便、稳定性高等优点；但它的缺点在于：集中控制系统将带来大量复杂的接线工作，使现场维护以及故障诊断变得极为困难。经纬仪对目标进行跟踪的过程中，需要采集和交换的数据主要有：被跟踪目标的位置信息、目标位置与视场中心偏差值、引导信息、当前设备位置信息、图像信息、时间信息、伺服控制位置信息、伺服控制速度信息等。分系统在采集数据、主机交换数据的同时还要获得其他分系统的数据。可见主控微机要负担大量的数据计算和交换任务，控制功能不能分散，导致任务风险集中于主机，一旦主机出现问题将导致整台设备瘫痪。点对点的连接方式不仅使得接口结构复杂，大量的电缆也增加了设备内部的电磁辐射和干扰，设备的体积庞大，布线的难度高。

4.2基于CAN总线的光电经纬仪通信方案 基于CAN总线的光电经纬仪结构使用单一的串行总线结构代替了多种通信方式的并行结构。主控微机所需信息可以从CAN总线上取得，分系统通过总线与主机交换数据的同时还可以从总线上直接获取其他分系统的数据，提高了总线利用率、数据传输的实时性还减轻了主机的压力、提高了系统工作的稳定性。现场总线将所有的信号点通过一根通信连接在一起，这样就使得整个系统的接线变得更加简洁、方便。现场总线往往可以同时使用总线电缆、光纤、红外技术及无线技术。可以根据现场需要选择不同的传输媒介：距离较短，没有特殊要求的场合选择普通总线电缆；距离较远不易布线的场合还可以选择无线通信。这些都是传统的集中控制所无法实现的。

很多人认为总线控制对系统的安全性以及可靠性不信任。其实，总线电缆在抗损坏、抗干扰能力强方面都大大优于以往所选用的普通信号线缆，故障的发生率低，从大的方面上来讲系统的稳定性要优于传统的集中控制方式。目前总线控制中常选择智能分散技术或分层、分支技术。当我们需要在现场处理一些过程数据，同时又不希望整个系统的其它部分对此处造成影响，我们可以选择一个智能分散控制器用于此处，在现场对数据处理后再将一些系统控制器需要的数据上传。

5、结语

随着计算机、控制器、通信和CRT显示器技术的发展，现场总线技术在工业控制、自动化领域得到了飞速的发展。现场总线技术的应用为光电跟踪探测设备提供了一个新的发展空间，使系统结构趋于简单明了，数据传输将具有突出的实时性和可靠性，跟踪探测精度随之会有大幅度的提高，但是在具体实施方面还有很多需要注意的问题，有待于进一步的研究和试验。

参考文献

[1]郭长艳。光电经纬仪中现场总线的选择和应用。现代电子技术。2005。

[2]徐争颖。CAN总线及其网络系统的实现。自动化与仪表。2005。

电厂电气现场总线控制系统的应用 篇12

关键词：电厂,电气控制系统,总线

引言

随着我国电力行业的高速发展, DCS的应用也越来越广泛, 但DCS主要完成的是汽轮机、锅炉的自动化过程控制, 对电气部分的自动化结合较少, DCS一般未充分考虑电气设备的控制特点, 所以无论是功能上还是系统结构上, 与网络微机监控系统相比在开放性、先进性和经济性等方面都有较大的差距。

1 电气现场总线控制系统的监控对象

电气现场总线控制系统的监控对象主要有:发电机-变压器组, 其监控范围主要包括发电机、发电机励磁系统、主变压器、220k V断路器;高压厂用工作及备用电源, 其监控范围主要包括高压厂用工作变压器、起动-备用变压器等;主厂房内低压厂用电源, 其监控范围主要包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器等主厂房的低压厂用变压器;辅助车间低压厂用电源;动力中心至电动机控制中心电源馈线;单元机组发电机和锅炉DCS控制电动机;保安电源;直流系统;交流不停电电源。

2 电气现场总线控制系统的特点

2.1 电气参数变化快

电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数, 数字量主要为开关状态、保护动作等信号, 这些参数变化快, 对计算机监控系统的采样速度要求高。

2.2 电气设备的智能化程度高

电气系统的发电机-变压器组保护、起动-备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型, 6k V开关站保护为微机综合保护, 380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器, 所有的电气设备均实现了智能化, 能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。另外, 电气设备的控制一般均为开关量控制, 控制逻辑十分简单, 一般无调节或其它控制要求, 电气设备的控制逻辑简单。

2.3 电气设备的控制频度较低

除在机组起、停过程中, 部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外, 在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。在事故情况下, 大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行用电源切换。且电气设备具有良好的可控性, 这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器, 其操作灵活, 动作可靠, 与电厂其它受控设备相比, 具有良好的可控性。

2.4 电气设备的安装环境较好且布置相对集中

电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备间内, 设备布置相对比较集中, 且安装环境极少有水汽或粉尘的污染, 为控制设备就地布置提供了有利条件。

3 电气现场总线控制系统配置

每台机组配置现场总线控制系统 (fieldbusco nt rol sys-tem, FCS) , 将机组电气系统的发电机-变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入FCS, FCS作为DCS的一个子系统, 在DCS操作员站实现对电气系统的监控, 并通过冗余配置的通信服务器在站控层与DCS进行连接。

3.1 网络结构

电气FCS采用分层、分布式计算机控制系统, 在系统功能上分层, 设备布置上分散。网络结构为3层设备2层网方式, 3层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层, 2层网指连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。监控主站层由双冗余的系统主机、工程师站、网络交换机和负责与DCS及厂级监控系统 (SIS) 通信的双冗余通信服务器等组成, 通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成, 间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6k V开关柜和380V开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表等。通信管理机与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接, 与间隔层设备可根据设备情况采用Profibus, LON, CAN, 工业以太网或其它现场总线进行连接, 其主要功能除完成对各综合智能测控单元的数据进行管理外, 还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。公用厂用电系统的站控层以太网独立组网, 通过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接, 共用单元机组的工程师站, 并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。

3.2 数据采集

对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器, 除少量模拟量信号、高压侧断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-备用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与DCS连接外, 其它监测信号均通过专设的测控装置接入FCS, 再以通信方式送DCS。电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置 (AVR) 、同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、直流系统以及交 (直) 流不停电电源 (UPS) 系统等均设有通信接口, 通过多串口通信服务器接入FCS。

电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统, 主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其380V配电装置等, 辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变压器及其380V配电装置等。为与本工程水、煤、灰辅助系统集中控制的思路相适应, 辅助车间厂用电源系统均纳入机组DCS监控。针对热控水、煤、灰单独设置控制点的方案, 辅助车间380V电源系统也可纳入相应可编程序控制器 (PLC) 控制。

为使控制系统接线更加简单, 对主厂房重要厂用电源如6k V厂用电系统及锅炉、汽轮机、主厂房公用系统等, 采用硬接线和现场总线相结合的采集方式, 即重要DI信号 (如断路器合闸位置、断路器跳闸位置、允许操作、故障) 和DO信号 (如断路器合闸指令、断路器跳闸指令等) 保留硬接线, 回路其它所有信息均通过现场总线以通信方式送入FCS及DCS;而对机组不重要厂用电源如检修、照明、电除尘及辅助车间厂用电系统等, 取消厂用电电源系统全部的硬接线, 完全采用通信方式进行监视和控制。

对单元机组电动机, 由于与机组热工系统联系紧密, 采用硬接线和现场总线相结合的采集方式, 同时, 要保留和监控逻辑有关的重要信息, 采用硬接线的方式, 接入DCS中进行监控。FCS采集的供电气系统分析管理的信息如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据, 送入FCS的工程师站进行分析处理, 不送入DCS, 但可以通过独立的通信接口送入SIS和管理信息系统 (MIS) 。

4 结束语

随着电厂自动化水平的不断提高, 电气系统采用计算机控制已成为当前设计的主流, 控制方式也从单纯的DCS监控逐步向具备故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能的方向发展, 由此又推动了现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用。将FCS应用到火力发电厂控制过程有利于提高火力发电厂电气系统的自动化水平, 节约工程投资, 值得大力推广应用。

参考文献

[1]李虞文.火电厂计算机控制技术与系统[M].北京:水利水电出版社.2003.

[2]张建.计算机测控系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社.2004.