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1、以太网在现场总线控制系统(FCS)中的跨层应用张芬,丁学文,卢英(西安工程科技学院电子信息学院,陕西西安710048)摘要:在一定的硬件基础上,构建了一个小型三级现场总线控制系统。该系统应用当今流行的以太网来完成其远程监控,其实现方式为软件编程,用VB语言来实现。经调试,数据在现场与远程端可无误地传输,达到了通过网络实现远程监控的目的。关键词:现场总线；以太网；远程监控；可编程计算机控制器(PCC)中图分类号:TP29文献标识码:A文章编号:1671-850X(2005)03-0362-04现场总线技术及以太网的工业化是当今工业控制领域的技术热点之一[1]。以太网是目前
2、应用最为广泛的局域网,80%的网络连接中都是基于以太网的。它不仅应用于办公自动化及智能仪表,而且大举进军工业自动化领域,在工业控制局域网中得到了很好的应用[2]。由于以太网具有传输速率高,传递容量大等优点,故将其应用于远程监控将成为理想之选择。本文利用实验室现有的实验设备,设计了以太网远程监控系统,将以太网从管理层延伸到控制层,通过网络实现了远程监控和“从会议室到传感器”的集成。1.硬件设计利用实验室现有条件,构建的硬件体系如图1所示。系统的硬件构成如下:图1实验平台结构体系图1.1管理层——PC机及远程internet在本系统中以太网传输介质采用10Baset-T双绞
3、线,使得系统拓扑为星型结构。借助一个16口的Hub,将处于办公室的PC机和远程的internet服务器及车间级的PCC控制子站直接相联。在本系统中,管理层包括一台PC机及本地登录远程internet的服务器。以太网接口硬件采用常用的以太网卡,降低了系统构建的设备成本,且缩短了开发周期。1.2控制层——PCC控制单元及触摸屏人机接口处于控制层的核心控制单元采用奥地利贝加莱公司(B&R)生产的可编程计算机控制器PCC(ProgrammableComputerController)。贝家莱PCC根据系统规模不同,分为2003(百点以下)、2005(数百点)、2010(千点左右
4、)等3个系列[3]。本系统中CPU模块采用IF260,属2005中型系列。人机接口采用HITECH公司的触摸屏与液晶屏合一的彩屏,规格为2400×1600。此面板具有防水防尘工业级设计,适用于各种恶劣环境。有LPT口输出打印报表,另有COM1和COM2通过RS232与PC机或PCC相联。1.3现场层——CAN网络现场包括3台型号为6SE7016的西门子变频器,两台型号为E82EV571的LENZ变频器,通过CAN总线采用菊花链的形式互联至PCC。由于所有变频器均处于电气柜中,距离很短,通讯速率可高达500Kb/s.除1#主令变频器外,其它4台变频器各带一位置传感器以检测
5、松紧架的位置,并将位置偏移量信号送至变频器的辅助频率输入端,用以调整织物的恒速恒张力运行。此外,在电气柜面板上还设有准备、启动、点动、升频、降频、停止、急停、复位按钮和相关指示灯。2.功能分析由系统层次结构图(图1)可清楚地看出,本系统为一典型的三级工业控制网络。处于管理层的PC机通过以太网监测控制层和现场层的实时信息,必要时还可通过向控制层的子站申请系统控制权,将分散控制转为集中控制,使得实现控制系统的异地监控和故障诊断成为可能。同时,PC机还可向控制层的子站递交系统控制权,将系统由集中控制转为分散控制.这种控制形式的灵活切换,更便于工业企业内部管理部门与生产部门的信
6、息沟通,为企业内部各部门间的信息开放化及交流创造了条件。控制子站的核心控制单元PCC包含CPU模块、通讯模块和输入输出模块。它们完成所有数字量和模拟量的采集,根据系统功能要求实现相应变量的控制算法和控制策略,及时输出现场执行机构所需的各种控制信息；接收现场人机接口(触摸屏)输入的,或远端管理层(PC机或internet服务器)的控制命令并执行相应的动作,同时向现场人机接口(液晶屏)或远程终端(PC机或internet服务器)传送实时控制信息及系统状态。在本控制系统中,核心控制单元PCC除完成以上基本功能外,还要完成系统控制权力的交接及判别。本系统中的现场层采用由CAN总
7、线串接起来的5台变频器带动执行机构,以及各种开关量信号和传感器检测信号。5台变频器带动的执行机构要实现织物的恒速恒张力运行。除主令变频器无传感器外,其他4台变频器所带的传感器用以检测织物恒速恒张力的运行情况。系统运行速度由主令变频器决定,且主令变频器所带电机的运行速度可预设和临时修改。3.软件设计本系统设计涉及的软件较多,其中远端PC机的应用程序是在VisualBasic可视化编程环境中开发的。核心控制单元PCC有其特定的开发平台AutomationStudio(AS)。AS是奥地利贝加莱公司推出的,支持用户开发PCC应用程序的软件包。A
