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【摘要】本文基于分布式控制系统的理论，以化纤机械的控制设备为研究对象，通过分析分布式系统和化纤机械的控制设备的现状、发展方向及趋势，并结合具体的工程实践，提出了适用控制对象特点的分布式的系统方案。
【关键词】分布式控制系统;化纤设备
【中图号】TQ340.5【文献标示码】A【文章编号】1005-1074(2009)03-0086-01
伴随中国加入 WTO后受到化纤原料和化纤厂规模小、劳动生产率低等因素的影响，国内小化纤受冲击较大，而这类小化纤又是国产设备主要供应对象。本文就分布式控制在化纤设备的应用技术进行相关讨论。
1分布式技术发展与化纤设备现状分析
分布式系统在工业控制中的典型应用是集散控制系统 (Total Distributed Control System，简称TDCS)。分布式系统是多处理器系统，多个处理器以分散的控制设备来适应分散的过程对象，分别针对各自的对象完成相应的任务并构成子系统，各子系统间通过信道进行信息交换，关系密切协调完成系统分配的任务。
从理论上讲，TDCS系统可以应用于各种行业，但是由于制造商自己特定的经验，产品的继承性和传统的市场方向，造成其设计重点各不相同网。化纤行业有其自身的特殊性，尤其是小型化纤企业限于生产规模及成本、产品种类、工艺流程、人员素质等诸多因素，控制设备基本上采用单机的集中式控制方式。
2分布式系统概述
由于分布式控制系统具有高效率，高性价比，高可靠性，易维护，便于设备系列化规范化等特点。目前广泛应用于各种生产过程，提高了生产自动化水平，管理水平，劳动生产率和产品质量，降低能源消耗和原材料消耗，保证生产的安全，促进工业技术发展。由于设计者和应用环境不同，致使构建系统的方法和开发技术也就可能不同。在此，比较常见的三个典型结构为：总线结构、环形结构、超立方体结构。传统的分布式控制系统具有集中监控、分散控制、操作方便的特点。但是，在实际应用中也发现其结构存在一些不足之处，如控制不能做到彻底分散，危险仍然相对集中;系统的不开放性，不同厂家的产品互换、互联存在技术壁垒，限制了用户的选择范围。利用现场总线技术，开发FCS (Fieldbus Control System)系统的目标是针对现存的 DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高其性能和通用性。FCS想要在实际中取代 DCS，既要具备 DCS所具有的功能，又要能克服 DCS的缺点。FCS由于采用了现场总线技术，在开放性、控制分散性等方面优于传统 DCS。但是由于它是一种新技术，目前连标准本身都还没有统一。因此FCS与成熟的DCS相比，还存在下列的一些缺憾:由于现场总线标准本身尚在发展中，从而给产品的开发和测试带来难度;在某些场合中，FCS还无法提供 DCS已有的控制功能;目前FCS成功的应用实例不多，难以评估其实际的应用效果.
3系统方案实例比较分析
3.1设计对象要求分析植物蛋白纤维 (中试)控制系统设计要求:①模拟量，21个温度控制点，控制范围600°C~3000°C，控制精度±1°C，由于控制对象—热箱的惯性较小，要求控制的实时性较高;②数字量:开入 11点；③回速度控制:由8台变频器通过数字设定方式控制;④人机接口:由QPYD-05型液晶控制器控制的八色640*480点阵液晶提供显示；20键自定义键盘完成系统配置参数的输入。
3.2系统结构方案分析比较
3.2.1系统方案选择系统结构的优劣直接关系到系统性能，因此是系统方案选择的重要环节。通过关于网络结构性能指标，首先对三种拓扑结构进行比较。通过比较可以得出以下结论，环型结构和超立方体结构的通信接口电路无论从数量或功能上都不利于降低系统的成本，并且通信软件的编制工作量大；从系统任务分析，速度控制点和温度控制点分布在生产线上。实时性要求高；系统中速度控制单元和温度控制单元之间的祸合程度较低，而以上两单元与人机接口单元的祸合程度较高；考虑通用性问题在结构设计中应考虑嵌入其它分布式系统或其它控制设备的嵌入；总线的负载能力估算和总线的驱动能力也是结构设计中考虑的重要问题。
3.2.2系统方案提出分析系统任务负荷分析包括以下几个方面，人机接口单元、速度控制单元、温度控制单元。综合上述提出以下提供两种拓扑结构，一种是采用主从式单串行总线拓扑结构，一种采用采用分级分布式总线结构。主从式单串行总线拓扑系统特点是相应的硬件电路简单、通信规约便于统一、支撑软件编制容易，但系统扩展能力比较差，同时总线的利用效率差。在控制功能及位置上温度控制模块，速度控制模块和人机接口模块上是分布的，同时这种结构采用公用总线，通信模块一致性较好。但是，如果将速度控制单元作为系统数据交换的中心，则温度控制单元和人机接口单元的数据交换将不得不通过速度控制单元转发。使速度控制单元成为系统通信的瓶颈，进而系统实时性的要求限制了系统的扩展能力。
3.2.3通信协议方案分析关于通信协议的选择，由于实施方案采用单串行总线，所以通信协议最简捷的方案是选用同一协议。具体的来说，物理层协议:两个层面中均采用单片机的串行口异步通信方式，通信总线接口采用RS485标准接口。通信速率19 200bps；数据链路层协议:现场实际应用方案中，为了兼顾变频器采用ModBus协议，从而简化了结构对硬件的依赖。应用层协议:应用层根据系统数据采集和控制工作过程采用主从方式管理通信。主机对从机采用轮询方式通信，从机之间不能直接进行通信。系统中可采用采集数据的有连接轮询通信和紧急数据的定时轮询及例外报告响应相结合的通信方式，既满足采集数据的可靠传送，又满足了通信实时性的要求。
参考文献
[1]王德诚. 世界化纤设备能力动向[J].合成纤维工业, 2002,(02)
[2]徐铁.变频器在化纤设备中的应用[J]. 变频器世界, 2005,(05)
【关键词】分布式控制系统;化纤设备
【中图号】TQ340.5【文献标示码】A【文章编号】1005-1074(2009)03-0086-01
伴随中国加入 WTO后受到化纤原料和化纤厂规模小、劳动生产率低等因素的影响，国内小化纤受冲击较大，而这类小化纤又是国产设备主要供应对象。本文就分布式控制在化纤设备的应用技术进行相关讨论。
1分布式技术发展与化纤设备现状分析
分布式系统在工业控制中的典型应用是集散控制系统 (Total Distributed Control System，简称TDCS)。分布式系统是多处理器系统，多个处理器以分散的控制设备来适应分散的过程对象，分别针对各自的对象完成相应的任务并构成子系统，各子系统间通过信道进行信息交换，关系密切协调完成系统分配的任务。
从理论上讲，TDCS系统可以应用于各种行业，但是由于制造商自己特定的经验，产品的继承性和传统的市场方向，造成其设计重点各不相同网。化纤行业有其自身的特殊性，尤其是小型化纤企业限于生产规模及成本、产品种类、工艺流程、人员素质等诸多因素，控制设备基本上采用单机的集中式控制方式。
2分布式系统概述
由于分布式控制系统具有高效率，高性价比，高可靠性，易维护，便于设备系列化规范化等特点。目前广泛应用于各种生产过程，提高了生产自动化水平，管理水平，劳动生产率和产品质量，降低能源消耗和原材料消耗，保证生产的安全，促进工业技术发展。由于设计者和应用环境不同，致使构建系统的方法和开发技术也就可能不同。在此，比较常见的三个典型结构为：总线结构、环形结构、超立方体结构。传统的分布式控制系统具有集中监控、分散控制、操作方便的特点。但是，在实际应用中也发现其结构存在一些不足之处，如控制不能做到彻底分散，危险仍然相对集中;系统的不开放性，不同厂家的产品互换、互联存在技术壁垒，限制了用户的选择范围。利用现场总线技术，开发FCS (Fieldbus Control System)系统的目标是针对现存的 DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高其性能和通用性。FCS想要在实际中取代 DCS，既要具备 DCS所具有的功能，又要能克服 DCS的缺点。FCS由于采用了现场总线技术，在开放性、控制分散性等方面优于传统 DCS。但是由于它是一种新技术，目前连标准本身都还没有统一。因此FCS与成熟的DCS相比，还存在下列的一些缺憾:由于现场总线标准本身尚在发展中，从而给产品的开发和测试带来难度;在某些场合中，FCS还无法提供 DCS已有的控制功能;目前FCS成功的应用实例不多，难以评估其实际的应用效果.
3系统方案实例比较分析
3.1设计对象要求分析植物蛋白纤维 (中试)控制系统设计要求:①模拟量，21个温度控制点，控制范围600°C~3000°C，控制精度±1°C，由于控制对象—热箱的惯性较小，要求控制的实时性较高;②数字量:开入 11点；③回速度控制:由8台变频器通过数字设定方式控制;④人机接口:由QPYD-05型液晶控制器控制的八色640*480点阵液晶提供显示；20键自定义键盘完成系统配置参数的输入。
3.2系统结构方案分析比较
3.2.1系统方案选择系统结构的优劣直接关系到系统性能，因此是系统方案选择的重要环节。通过关于网络结构性能指标，首先对三种拓扑结构进行比较。通过比较可以得出以下结论，环型结构和超立方体结构的通信接口电路无论从数量或功能上都不利于降低系统的成本，并且通信软件的编制工作量大；从系统任务分析，速度控制点和温度控制点分布在生产线上。实时性要求高；系统中速度控制单元和温度控制单元之间的祸合程度较低，而以上两单元与人机接口单元的祸合程度较高；考虑通用性问题在结构设计中应考虑嵌入其它分布式系统或其它控制设备的嵌入；总线的负载能力估算和总线的驱动能力也是结构设计中考虑的重要问题。
3.2.2系统方案提出分析系统任务负荷分析包括以下几个方面，人机接口单元、速度控制单元、温度控制单元。综合上述提出以下提供两种拓扑结构，一种是采用主从式单串行总线拓扑结构，一种采用采用分级分布式总线结构。主从式单串行总线拓扑系统特点是相应的硬件电路简单、通信规约便于统一、支撑软件编制容易，但系统扩展能力比较差，同时总线的利用效率差。在控制功能及位置上温度控制模块，速度控制模块和人机接口模块上是分布的，同时这种结构采用公用总线，通信模块一致性较好。但是，如果将速度控制单元作为系统数据交换的中心，则温度控制单元和人机接口单元的数据交换将不得不通过速度控制单元转发。使速度控制单元成为系统通信的瓶颈，进而系统实时性的要求限制了系统的扩展能力。
3.2.3通信协议方案分析关于通信协议的选择，由于实施方案采用单串行总线，所以通信协议最简捷的方案是选用同一协议。具体的来说，物理层协议:两个层面中均采用单片机的串行口异步通信方式，通信总线接口采用RS485标准接口。通信速率19 200bps；数据链路层协议:现场实际应用方案中，为了兼顾变频器采用ModBus协议，从而简化了结构对硬件的依赖。应用层协议:应用层根据系统数据采集和控制工作过程采用主从方式管理通信。主机对从机采用轮询方式通信，从机之间不能直接进行通信。系统中可采用采集数据的有连接轮询通信和紧急数据的定时轮询及例外报告响应相结合的通信方式，既满足采集数据的可靠传送，又满足了通信实时性的要求。
参考文献
[1]王德诚. 世界化纤设备能力动向[J].合成纤维工业, 2002,(02)
[2]徐铁.变频器在化纤设备中的应用[J]. 变频器世界, 2005,(05)