紡織生產控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線的研究及其應用

3.3CAN現(xiàn)場總線
CAN的網(wǎng)絡設計采用了符合ISO/OSI網(wǎng)絡標準模型的三層結構模型：即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，網(wǎng)絡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完成。通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性；采用短幀結構，傳輸時間短，抗干擾；節(jié)點分不同優(yōu)先級，可滿足不同的實時性要求。其傳輸介質可以用雙絞線、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）。主要應用領域有：汽車制造、機器人、液壓系統(tǒng)、分散性I/O、工具機床、醫(yī)療器械。
3.4Lonworks現(xiàn)場總線
LonWorks采用了與OSI參考模型相似的7層協(xié)議結構，LonWorks技術的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。 Neuron芯片實現(xiàn)完整的LonWorks的LonTalk通信協(xié)議，節(jié)點間可以對等通信。LonWorks通信速率為 78Kbit/s～1.25Mbit/s，支持多種物理介質，有雙絞線、光纖、同軸電纜、電力線載波及無線通信等；并支持多種拓撲結構，組網(wǎng)靈活。主要應用領域有：工業(yè)控制、樓宇自動化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡方面有優(yōu)越的性能。
3.5WorldFIP現(xiàn)場總線
WorldFIP現(xiàn)場總線體系結構分為過程級、控制級和監(jiān)控級等3級，其協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)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。傳輸介質采用屏蔽雙絞線和光纖。它能滿足用戶的各種需要，適合于集中型、分散型和主站／從站型等多種類型的應用結構。用單一的WorldFIP總線可滿足過程控制、工廠制造加工和各種驅動系統(tǒng)的需要。主要應用領域有：電力工業(yè)、鐵路、交通、工業(yè)控制、樓宇。
4基于現(xiàn)場總線技術的紡織生產控制系統(tǒng)
紡織工業(yè)的信息化建設是未來幾年紡織工廠的追求和建設重點，而數(shù)字化的紡織生產體系正是其不可或缺的基礎。它將全面提升紡織工廠的管理水平，對工廠的技術、質量、經濟和服務推動的進步都將產生直接的明顯的推進作用。
數(shù)字化的紡織機械采用現(xiàn)代先進的控制技術：以CPU為核心的控制器，以電力電子技術為基礎的新型驅動技術，以現(xiàn)場總線技術為代表的網(wǎng)絡及高速數(shù)據(jù)通訊技術。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時準確采集和高速傳輸，實現(xiàn)分布式、現(xiàn)場化和抗干擾性能的提高，實現(xiàn)生產過程的自動化、智能化，完成紡織機械與現(xiàn)代先進控制技術的結合，為紡織企業(yè)的信息化從設備層打下堅實的基礎。
現(xiàn)場總線控制層是各種生產信息的來源。各種棉紡、織造、印染機械的控制器只要具有現(xiàn)場總線通訊接口，通過適當?shù)木幊?，就可以將機械的運行數(shù)據(jù)實時傳送到監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線監(jiān)控層完成車間級設備檢測和控制。應用組態(tài)軟件編程和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，整合車間內各個單臺機械設備控制系統(tǒng)，以清晰友好的人機界面實現(xiàn)全車間設備的生產狀態(tài)、產量、效率的監(jiān)視，同時還可以對設備的工藝參數(shù)進行統(tǒng)一設置，故障報警、參數(shù)記錄、顯示歷史趨勢和實時曲線，生成和打印各種生產報表。管理層是工廠級的信息管理系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)均可以按照用戶的需求，通過多種總線、工業(yè)網(wǎng)絡建立數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行處理并分類送到各個管理部門，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析和數(shù)據(jù)報表?，F(xiàn)場總線信息層將控制過程、信息管理、通信網(wǎng)絡融為一體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有關人員登陸到Web服務器，就可根據(jù)各自的權限監(jiān)控到生產現(xiàn)場的設備的運行情況。
5應用案例
由于現(xiàn)場總線技術在可靠性、開放性、經濟性、全數(shù)字化傳送方面具有無比的優(yōu)越性，適應了現(xiàn)代紡織工業(yè)的高質量、低成本、小批量、多品種、快速響應、高效低耗、清潔生產的需要，目前，現(xiàn)場總線技術已經開始在紡紗、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，以簡化生產系統(tǒng)組成結構，形成柔性化生產體系；保障產品質量，降低生產成本；促進了紡織工業(yè)的計算機集成化生產。
在國外推出的采用現(xiàn)場總線技術的化纖、織造及染整等設備中，將不同廠家標準的模塊化的現(xiàn)場設備分散在機器的各個部位，利用控制網(wǎng)絡集成技術將其組配成專用系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件設計變得簡單明了，降低了布線成本。例如，瑞士SulzeTextile推出的G6300劍桿織機，機器中的引緯、送經、卷取、織邊均采用伺服電動機，主控制器為32位的多處理器結構，織機中各現(xiàn)場設備用CAN現(xiàn)場總線連接組成控制網(wǎng)絡，織物規(guī)格的機織條件設定、控制數(shù)據(jù)轉換均可遠程控制或現(xiàn)場設定。德國THEN推出的AIRFLOWAFT匹染機，采用LonWorks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡結構的THEN- DYNET（TDN）控制系統(tǒng)，機器中的氣流控制閥、進水出水閥、換熱器控制閥等執(zhí)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(xiàn)場設備，并且作為整機控制網(wǎng)絡中的一個節(jié)點與上位PLC控制器連接。