啤酒灌裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

0.引言
　　目前國內(nèi)啤酒灌裝生產(chǎn)線不管是引進生產(chǎn)線，還是國產(chǎn)生產(chǎn)線，單機采
用現(xiàn)場總線技術(shù)已比較普遍，但還未有整條生產(chǎn)線采用現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)之間的數(shù)字化、雙向傳輸和多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸方式；可以通過其診斷功能，獲取設(shè)備上的大量數(shù)據(jù)，及時判斷故障點所在，以降低故障發(fā)生時間；可以遠程監(jiān)控現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)。要實現(xiàn)企業(yè)的信息集成，要實施綜合自動化，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間、以及自動化與外界的信息交換，就必須采用現(xiàn)場總線。與傳統(tǒng)的設(shè)備間一對一的接線方式相比，現(xiàn)場總線可以節(jié)省大量電纜、槽架及相應(yīng)的接口設(shè)備，同時，由于所有的連線都變得簡單明了，系統(tǒng)設(shè)計、安裝、維護的工作量也隨之大大減少，以后還可與ERP系統(tǒng)方便地連接，實現(xiàn)企業(yè)測、控、管一體化。

1.Modbusplus總線
　　Modbusplus（即MB+）總線協(xié)議是由美國ModiconInc.（該公司已被施
耐德電氣公司收購）開發(fā)設(shè)計的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，適用于建立工業(yè)實時控制局域網(wǎng)。典型的應(yīng)用包括過程控制、數(shù)據(jù)監(jiān)測、程序上傳/下載、遠程編程、連接操作員接口及主計算機數(shù)據(jù)采集。

　　Modbusplus總線協(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(biāo)準(zhǔn)，物理接口是RS485，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線或光纖，最大節(jié)點數(shù)64個，通訊速率1Mbps。

　　作為一個判定性高速令牌循環(huán)式現(xiàn)場總線，Modbusplus總線網(wǎng)絡(luò)以1Mbps的速率進行通訊，可以快速存取過程數(shù)據(jù)，它的實力表現(xiàn)在它的控制實時控制裝置如I/O裝置的能力，不會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，使得計算機、可編程邏輯控制器（PLC）和其它數(shù)據(jù)源，通過使用低成本的雙絞線電纜或光纖電纜在整個網(wǎng)絡(luò)上作為同位體進行通信。

2.INTTERBUS總線
　　INTERBUS現(xiàn)場總線由德國PhoenixContact公司開發(fā)，INTERBUSClub俱樂部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線設(shè)備生產(chǎn)商，提供2500多種產(chǎn)品，到目前為止，INTERBUS在全球自動化領(lǐng)域已有50多萬套應(yīng)用系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

　　INTERBUS現(xiàn)場總線是一種開放的串行總線，可以構(gòu)成各種拓?fù)湫问?，并允許有16級嵌套連接方式。該總線最多可掛512個現(xiàn)場設(shè)備，設(shè)備之間的最大距離400米，無需中繼器網(wǎng)絡(luò)的最大距離為12.8公里。INTERBUS總線包括遠程總線和本地總線，遠程總線用于遠距離傳送數(shù)據(jù)，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(jié)構(gòu)，環(huán)路使用標(biāo)準(zhǔn)電纜同時傳送數(shù)據(jù)和電源。環(huán)路可以連接模擬、數(shù)字設(shè)備甚至復(fù)雜的傳感器/執(zhí)行器，也允許直接接入智能終端儀表。
INTERBUS總線有很強的監(jiān)視診斷功能，總線監(jiān)控功能監(jiān)視整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時也提供總線網(wǎng)絡(luò)的變結(jié)構(gòu)功能，能及時根據(jù)設(shè)計要求，關(guān)斷和連接總線的某個子總線段。監(jiān)控功能是現(xiàn)場安裝、調(diào)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(xiàn)場總線模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示，在調(diào)試時可設(shè)置輸出狀態(tài)，以及可以保存某些智能設(shè)備的參數(shù)。
3.Modbus總線
　　Modbus現(xiàn)場總線協(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(jì)70年代提出的一種通訊協(xié)議，它是一種完全開放的協(xié)議，目前國際上有無數(shù)自動化和儀表廠商采用該種協(xié)議。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進行集中監(jiān)控。

　　Modbus總線協(xié)議采用主站查詢從站的方式，物理接口可以是RS232、RS485、RS422、RJ45，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線或光纖，采用RS232接口用
雙絞線作介質(zhì)時不帶中繼器的最大距離為15m，最大節(jié)點數(shù)247個，通訊速率19.2Kbps。

4.基于Modbusplus總線、INTTERBUS及MODBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)設(shè)計
我公司2004年安裝一條3.6萬啤酒灌裝生產(chǎn)線，除酒機、標(biāo)機、紙箱機為進口設(shè)備外，其它機臺包括輸送帶全為國產(chǎn)設(shè)備，國產(chǎn)機臺控制系統(tǒng)采用INTTERBUS及MODBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，而且將整條生產(chǎn)線所有機臺的PLC也聯(lián)結(jié)成MB+網(wǎng),整條生產(chǎn)線以后還能擴展上位機。
4.1.網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
　　整個控制系統(tǒng)是一個雙層網(wǎng)絡(luò)，上層采用MB+網(wǎng)作為數(shù)據(jù)采集及信息管
理層，用于與現(xiàn)場設(shè)備的快速、循環(huán)的數(shù)據(jù)交換，可掛32個節(jié)點；下層采用INTERBUS網(wǎng)，串接Momentum分布式I/O模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1