毕业论文：基于PLC及CAN总线技术对烟草工业系统的研究与设计.docVIP

基于PLC及CAN总线技术对烟草工业系统的研究与设计 - - -  PAGE 21 - 前言 根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，较著名的有FF现场总线、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线等。 现场总线控制模式具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点，是工业自动化发展的趋势。而作为在自动化控制方面走在前沿的卷烟生产企业，在近年来的卷烟技术改造过程中充分利用现场总线技术改造传统的控制系统。其中，对香烟质量起着举足轻重作用的制丝生产线因其设备分散，且工艺变化多，对控制系统提出了灵活、有柔性、更新换代方便等要求，这些要求正好给现场总线技术提供了大显身手的舞台。 1.现场总线技术 1.1 现场总线技术简介 现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专业网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 1.2现场总线技术的优点 （1）节省硬件数量与投资； （2）节省安装费用；（3）节省维护开销；（4）用户具有高度的系统集成主动权；（5）提高了系统的准确性与可靠性。 2.PLC简介 2.1 PLC的基本概念 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。PLC自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。 2.2 PLC的基本结构 　PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 　　a、电源 　　PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。 　　b. 中央处理单元(CPU) 　　中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 　　为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 　　c、存储器 　　存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 　　存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 　　d、输入输出接口电路 　　【1】、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 　　【2】、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 　　e、功能模块 　　如计数、定位等功能模块。 　　f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。 2