现场总线技术在造纸机械中的应用研究

摘要

近年来发展起来的现场总线技术，因其控制方式灵活、通信可靠和信息共享等特点，被广泛地应用于工业控制系统，形成了新型网络集成式全分布控制系统一现场总线控制系统。 本文以EtherNet/IP，ControlNet和DeviceNet为例，系统分析了现场总线技术特点，详细介绍了现场总线控制系统设计流程。分析了高档涂布白板纸生产工艺，基于ControlNet，EtherNet/IP等现场总线设计了纸厂的生产监控系统，并成功地应用于山东某造纸公司。系统采用了NetLinx网络架构，数据在该平台中的传输具有无缝连接和信息共享的特点，不仅保证了数据传输的可靠性，而且提高了网络通信效率。NetLinx开放式网络架构是罗克韦尔自动化采用开放的联网技术实现从车间层到顶层无缝集成的解决方案。构成NetLinx架构的由三层网络-DeviceNet,ControlNet，和EtherNet/IP采用统一的协议提供相同的完整网络通讯功能。该协议就是众所周知的通用工业协议(CommonIndustrialProtocolCIP)，它能够让用户在任何NetLinx网络上方便地实现实时控制、系统组态和数据采集。NetLinx结构将所有的组件无缝地集成在一个自动化系统内从最简单的设备到因特网，帮助用户增进灵活性、减少安装费用、提高生产率。考虑到生产的安全性和可靠性，还设计了ControlLogix冗余系统，进一步提高了系统可靠性和稳定性。在软件设计中，考虑到工艺对速度、张力、温度等过程变量控制精度要求严格，采用了常规PID和模糊PID相结合的控制策略，满足了生产工艺控制要求。 近一年的运行证明，系统具有可靠性高、稳定性好、控制精确、升级能力强，系统工作良好，满足了生产现场要求。现场总线高档涂布白板纸生产监控系统，是把现场总线系统成功地应用于造纸机械控制领域的典型案例。

目录

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第1章绪论

1.1现场总线技术和工业控制网络概述

1.1.1国内外研究现状

1.1.2现场总线控制系统(FCS)层次结构

1.2控制网络和信息网络的集成

1.3问题的提出

1.4本论文的主要工作

第2章现场总线技术及ControlNet总线的技术特点

2.1计算机控制系统的发展历程

2.2现场总线技术

2.3 ControlNet

2.3.1 ControlNet的历史及发展

2.3.2 ControlNet技术特点

2.4 ControlNet技术剖析

2.4.1 ControINet通信模式

2.4.2 ControlNet介质访问方式

2.4.3 ControlNet信息连接

2.4.4 ControlNet通信数据帧MAC帧

2.5 DeviceNet简介

2.5.1网络规划与配置

2.5.2软件组态

第3章ControlNet和ProfiBus-DP总线的建模分析与对比研究

3.1 ControlNet的建模

3.1.1相关概念

3.1.2对象模型

3.1.3面向非连接的通信

3.1.4面向连接的通信

3.1.5分析建模

3.1.6仿真结果

3.1.7实验模拟

3.2 Profibus-DP的建模

3.2.1通信关系

3.2.2数据交换

3.2.3分析建模

3.2.4仿真结果

3.2.5其它网络参数

3.3网络特性的对比

3.3.1网络拓扑

3.3.2传输速率

3.3.3数据触发方式

3.3.4通信模式

3.3.5总线功能

3.3.6应用领域

3.4网络性能的对比

3.4.1编码效率

3.4.2传输效率

3.4.3网络利用率

3.4.4传输延迟

3.5总结

3.5.1总线介绍

3.5.2总线建模分析

3.5.3总线比较

第4章现场总线的发展趋势及OPC技术

4.1工业以太网

4.1.1通信确定性与实时性

4.1.2稳定性与可靠性

4.1.3工业以太网协议

4.1.4工业以太网与现场总线相结合

4.2 OPC技术

4.2.1 OPC技术基础

4.2.2 OPC接口方式

4.2.3基于OPC技术的多现场总线控制系统

第5章现场总线控制在纸厂生产中的具体实现

5.1生产与监控系统概述

5.1.1生产工艺过程及系统要求

5.1.2系统主要技术指标及技术要求

5.1.3系统设计原则

5.2系统总体方案

5.2.1系统结构

5.2.2系统构成方案

5.3系统控制网络的构建

5.3.1过程和管理控制层的构建

5.3.2现场监控层的设计

5.3.3现场总线与工业以太网融合方式的选择

5.4传送和生产监控系统的软件设计

5.4.1服务器与各以太网终端之间的实时数据交互

5.4.2数据库及数据库的访问

5.4.3车间级MIS系统

5.4.4现场监控层软件编程

5.5小结

第6章纸厂现场总线控制系统中的干扰问题

6.1造纸车间存在的干扰源

6.2干扰的传播途径

6.3现场总线的抗干扰措施

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果