紡織生產控制系統中現場總線的研究及其應用

3.3CAN現場總線
CAN的網絡設計采用了符合ISO/OSI網絡標準模型的三層結構模型：即物理層、數據鏈路層和應用層，網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；節點分不同優先級，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、分散性I/O、工具機床、醫療器械。
3.4Lonworks現場總線
LonWorks采用了與OSI參考模型相似的7層協議結構，LonWorks技術的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。 Neuron芯片實現完整的LonWorks的LonTalk通信協議，節點間可以對等通信。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，組網靈活。主要應用領域有：工業控制、樓宇自動化、數據采集、SCADA系統等，在組建分布式監控網絡方面有優越的性能。
3.5WorldFIP現場總線
WorldFIP現場總線體系結構分為過程級、控制級和監控級等3級，其協議由物理層、數據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的需要。主要應用領域有：電力工業、鐵路、交通、工業控制、樓宇。
4基于現場總線技術的紡織生產控制系統
紡織工業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。
數字化的紡織機械采用現代先進的控制技術：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，以現場總線技術為代表的網絡及高速數據通訊技術。實現數據的實時準確采集和高速傳輸，實現分布式、現場化和抗干擾性能的提高，實現生產過程的自動化、智能化，完成紡織機械與現代先進控制技術的結合，為紡織企業的信息化從設備層打下堅實的基礎。
現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場總線通訊接口，通過適當的編程，就可以將機械的運行數據實時傳送到監控系統。現場總線監控層完成車間級設備檢測和控制。應用組態軟件編程和現場總線網絡，整合車間內各個單臺機械設備控制系統，以清晰友好的人機界面實現全車間設備的生產狀態、產量、效率的監視，同時還可以對設備的工藝參數進行統一設置，故障報警、參數記錄、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。控制系統均可以按照用戶的需求，通過多種總線、工業網絡建立數據庫，對數據進行處理并分類送到各個管理部門，實現數據的查詢、統計、分析和數據報表。現場總線信息層將控制過程、信息管理、通信網絡融為一體，實現數據共享，有關人員登陸到Web服務器，就可根據各自的權限監控到生產現場的設備的運行情況。
5應用案例
由于現場總線技術在可靠性、開放性、經濟性、全數字化傳送方面具有無比的優越性，適應了現代紡織工業的高質量、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；促進了紡織工業的計算機集成化生產。
在國外推出的采用現場總線技術的化纖、織造及染整等設備中，將不同廠家標準的模塊化的現場設備分散在機器的各個部位，利用控制網絡集成技術將其組配成專用系統，系統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，織機中各現場設備用CAN現場總線連接組成控制網絡，織物規格的機織條件設定、控制數據轉換均可遠程控制或現場設定。德國THEN推出的AIRFLOWAFT匹染機，采用LonWorks現場總線控制網絡結構的THEN- DYNET（TDN）控制系統，機器中的氣流控制閥、進水出水閥、換熱器控制閥等執行器，染液溫度及布料速度等傳感器均為具備功能自治的現場設備，并且作為整機控制網絡中的一個節點與上位PLC控制器連接。