浅谈现场总线技术在卷烟机电控系统中的应用

【摘要】CAN是控制网络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola...

现场总线（Fieldbus）是80-90年代国际上发展形成的，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。

PASSIM卷接机组是英国莫林斯公司生产的高速烟支卷接设备，由许昌烟机公司转化吸收生产，国产型号为ZJ19；PROTOS卷接机组是德国虹霓公司生产的高速研制卷接设备，由常德烟机厂转化技术生产，国产型号为ZJ17。二者由于设备性能稳定、技术成熟，设计合理，是目前国内烟草行业应用最广泛的两种卷接设备。目前这两种机型上主要应用德国SEMENS公司的PLC控制系统，采用 Profibus总线和CAN总线集成实现设备控制和检测功能。

Profibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2 （1）标准，可实现总线供电与本质安全防爆。

Porfibus支持主―从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主―从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播 （不要求应答 ），或有选择地向一组站点广播。

Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接 127个站点。

CAN是控制网络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。

CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps，可挂接设备最多可达 110个。

CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。

CAN支持多主方式工作，网络上任何节点均在任意时刻主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。

已有多家公司开发生产了符合CAN协议的通信芯片，如Intel公司的 82 52 7，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的 82C2 50等。还有插在PC机上的CAN总线接口卡，具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。

烟支检测系统采用CANBUS总线技术，并采用INTEL公司的C196系列16位单片机作为主控制器，充分利用了 C196 系列单片机的特点，用一个单片机实现所有的控制功能，包括松头检测、漏气检测、OTIS外观检测等等。

上位机监控系统是整个卷烟机机组的控制中心，也是整个系统的人机界面，通过工控机与PLC实时通信实现对机组的运行状态监控、实时数据显示、系统参数设置、生产数据统计、故障统计与分析、I/O检测以及机器调试等功能。

PROTOS卷烟机烟支检测系统、重量控制系统采用高速单片机实时采集和处理数据，可以与CANBUS连接，通过机车上西门子PLC的Profibus系统与供丝、卷烟、接嘴各部分交换数据，并与触摸屏通信，显示各种报告并接收各种设定参数。

PASSIM上位机系统采用西门子公司 S7-400系列PLC作为控制系统核心部分，辅以西门子一体化工控机Box670，大大地提高了系统的可靠性。工控机采用MPI方式与主电控柜中的可编程主控制器S7-400联接，通过CAN总线与高速数据采集模块通讯，高速数据采集模块包括：重量和紧头控制模块，稀释度控制及剔除模块两个模块，其中在工控机中安装有CP5611网卡以实现MPI通讯，安装有CAN总线转换卡，以实现PCI-BUS到CAN总线的信号转换；工控机主要负担整个卷烟机组系统的参数设置、重要运行参数实时跟踪、状态报警、历史数据存贮和查询等功能。

PASSIM将烟支质量控制管理由下层DSP来分担，上位机负责与DSP通过CAN总线实时通讯，进行实时参数显示和工作参数的设置。PASSIM有两个DSP站，重量紧头站、稀释度剔除站。通过两个CAN通讯口与其分别通信。

现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。它将促进企业网络的快速发展，为企业带来新的效益，并推动自动化相关行业的发展，在近年兴起的高速卷烟机中的应用也将更加广泛。