一、前言

根據國際電工委員會（IEC）和美國儀表協會（ISA）的定義，現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，它的關鍵標志是能支持雙向、多節點、總線式的全數字通訊。目前，國際上各種各樣的現場總線有幾百種之多，較著名的有FF現場總線、HART現場總線、CAN現場總線、LONWORKS現場總線、PROFIBUS現場總線等。

現場總線控制模式具有協議簡單開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點，是工業自動化發展的趨勢。而作為在自動化控制方面走在前沿的卷煙生產企業，在近年來的卷煙技術改造過程中充分利用現場總線技術改造傳統的控制系統。其中，對香煙質量起著舉足輕重作用的制絲生產線因其設備分散，且工藝變化多，對控制系統提出了靈活、有柔性、更新換代方便等要求，這些要求正好給現場總線技術提供了大顯身手的舞臺。

二、CAN現場總線概述

CAN（ControllerArea Network）總線是一種有較好效率支持分散實時控制系統的串行通訊協議，并具有較高的安全等級。CAN總線可以被用于多主機系統，尤其適合于網絡智能型設備以及系統或子系統中的傳感器和執行器件。在CAN網絡里沒有我們習慣印象中的設備地址號或站號，而是把信息區分成優先次序發送。CAN總線由于其高可靠性及獨特的設計，為許多行業所采用，目前已形成國際標準，并被公認為幾種最有前途的現場總線之一。

三、現場總線選型說明

南寧卷煙廠6000kg/h制絲線電控系統現場總線選擇基于以下幾方面的考慮：

（1）現場總線的性能

（2）與現場總線連接的控制器的性能

（3）現場總線、PLC控制器器件提供商所能提供的監控系統軟件及其與數據庫系統連接的性能

通過對比煙草企業常用的CAN總線及PROFIBUS總線，我們確定現場總線系統為DeviceNet（設備網）和ControlNet（控制網），器件廠商選擇美國AB公司，系統網絡結構圖見圖1。

基于CAN總線的DeviceNet是一種易于連接的總線，用于PLC與現場設備之間的通訊網絡。它可連接開關、拖動裝置、固態過載保護裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機界面等，傳輸速率為125-500kbps。DeviceNet通過一個開放的網絡，將底層的設備直接和車間級控制器相連，而無需通過硬線將它們與I/O模塊連接。世界范圍的150多個銷售商支持開放式DeviceNet。DeviceNet基于生產者/客戶（Producer/Consumer）的網絡模式，可使控制數據同時到達操作的每一個單元，具有可靠和高效的數據處理能力。

圖1 系統網絡結構圖
基于CAN總線的ControlNet是一種高速確定性網絡，用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸。作為最底層和以太網之間的中間通訊網絡，它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務。ControlNet同樣基于生產者/客戶（Producer/Consumer）的網絡模式。ControlNet具有高吞吐量、資源共享、組態和編程簡單、支持冗余介質、體系結構靈活和安裝費用低等特點。

四、系統結構

按照“以信息為基礎、管理為主導、控制為中心”的設計理念，南寧卷煙廠6000kg/h制絲線電控系統按功能劃分為三個層次（見圖2），即：信息管理層，過程控制層，現場設備層。

圖2 系統層次劃分圖
其中：

（1）設備控制層：采用DeviceNet連接各BL20分布式I/O站、變頻器、電子秤、核子秤、水分儀、操作面板等，通過具備現場總線接口的主控制器（SLC504或Logix5555）實現對各工藝段設備的組合和單機控制，以此滿足生產要求。

（2）集中監控層：作為控制系統的入機交互接口，通過中央監控計算機PC和RSView32監控軟件實現對生產線的組合操作、狀態監控、工藝參數控制參數顯示和設定、故障診斷定位和報警顯示、記錄等。

（3）信息管理層：負責處理全線運行過程中的綜合信息，包括人工檢測和錄入工藝、設備、質量等數據，并提供完整的統計數據和各種分析圖表等。

五、系統功能

1、設備控制層功能

（1）全線及分段順序啟/停，設備加工動作的自動控制；
（2）采集溫度、壓力、水分、流量等過程參數，進行閉環自動控制；
（3）緊急停機；
（4）接受中央控制室控制指令、調度指令、參數調節指令，采集現場信息通過網絡傳送至集中監控層和信息管理層；
（5）貯柜根據工藝要求自動切換；
（6）對被控電機提供完善的過流、過熱、缺相、短路保護功能；
（7）采用聲、光報警，具有完善的故障檢測及報警提示功能。

2、集中監控層功能

（1）監視功能

a.模擬顯示各部分設備運行狀況，包括設備主要動作的動態顯示、電機的運行狀況、測控元件狀態；
b.工藝參數顯示，包括數字、棒圖、趨勢圖等形式；
c.報警顯示，用文本或窗口彈出的方式顯示當前報警的時間、位置、內容。設報警綜合顯示界面，顯示歷史報警的信息；

（2）控制功能

a.全線或局部的啟/停及其它操作
b.工藝參數的設定、修改、查詢
c.分級授權管理
d.在線編程功能

（3）在線診斷幫助功能

a.診斷功能，出現故障時給出故障的內容及解決方案。
b.幫助功能，提供給操作人員進行操作和維護的在線幫助支持。

3、信息管理層功能

（1）生產管理
（2）工藝管理
（3）質量管理
（4）設備管理
（5）報表生成

六、系統特性

與傳統的控制模式相比，基于現場總線控制模式的南寧卷煙廠制絲生產線電控系統具有以下特點：

（1）用分布式I/O代替集中I/O，用總線通訊代替點對點通訊，使系統配置占地面積大大減少，控制電纜、動力電纜和橋架費用減少70%，降低了系統安裝成本。現場I/O箱實現設備就近驅動，大大節約安裝調試時間。

（2）工藝段劃分合理，本電控系統基本上以物料存貯設備（各類貯柜）作為獨立工藝段的分割點，使得各工藝段的設備工作狀態相對獨立。當其中某工藝段設備故障停機甚至掉電時，并不影響其它工藝段的設備運行。同時基于成本方面的考慮，在控制段的劃分上根據工藝段的歸屬設置統一的CPU。全電控系統包括12個獨立工藝段，由8個控制段分別實現控制。

（3）系統組態靈活，能迅速適應現場設備的調整。設備數量的變化只需更改對應的現場I/O箱內的配置和控制程序的少量修改。