專利名稱：基于以太網(wǎng)和CC-Link的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工業(yè)控制系統(tǒng)，特別是涉及基于以太網(wǎng)和CC-Link技術(shù)的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，我國已經(jīng)成為世界上第一啤酒生產(chǎn)和銷售大國，但啤酒生產(chǎn)的自動化水平比較落后，大部分處于手動和半自動的控制，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，生產(chǎn)效率較低，自動化水平遠遠落后于國外發(fā)達國家。為了提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，需要啤酒生產(chǎn)過程中的各控制分部之間實現(xiàn)信息通信，實現(xiàn)協(xié)同聯(lián)動，組成一個完整的、統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作的有機整體。同時建立啤酒生產(chǎn)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)控生產(chǎn)過程，且便于生產(chǎn)管理。因此，建立有效的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和·結(jié)構(gòu)合理的信息傳輸機制，是實現(xiàn)啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)急待解決的問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于以太網(wǎng)和CC-Link技術(shù)的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問題。其采用的技術(shù)方案是—種基于以太網(wǎng)和CC-Link的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng),應(yīng)用于包括多條子生產(chǎn)線的啤酒生產(chǎn)系統(tǒng)，在每條子生產(chǎn)線上分為多個分部，所述的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)包括中央監(jiān)控系統(tǒng)、作為各個分部控制器的本地站及分布在各個子生產(chǎn)線上的遠程I/O站和遠程設(shè)備站，在每條子生產(chǎn)線的所有本地站中，設(shè)定一個本地站為本條子生產(chǎn)線的主站，其他的本地站作為從站，從站還包括分布在各個子生產(chǎn)線上的遠程I/O站和遠程設(shè)備站；位于同一條子生產(chǎn)線上的所有的從站與相應(yīng)的主站之間通過CC-Link現(xiàn)場總線相連，主站除完成本分部的控制要求外，還負責(zé)整條生產(chǎn)線的信息通信與協(xié)調(diào)，各個分部的其他本地站在主站的控制信息協(xié)調(diào)下，按照工藝要求，完成該分部設(shè)備的具體控制功能，并將該分部的狀態(tài)信息傳送到主站；每個主站都通過各自的以太網(wǎng)模塊及交換機與中央監(jiān)控系統(tǒng)相連。作為優(yōu)選實施方式，所述的啤酒生產(chǎn)系統(tǒng)包括釀造工藝過程子生產(chǎn)線和灌裝傳動過程子生產(chǎn)線，與此相對應(yīng)，所述的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)包括釀造工藝生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和灌裝傳動生產(chǎn)線運動控制系統(tǒng)；所述的釀造工藝過程子生產(chǎn)線包括制麥、糖化、過濾、發(fā)酵和儲存分部，所述的灌裝傳動過程子生產(chǎn)線包括理瓶、清洗、灌裝、打蓋、金檢、貼標(biāo)和供箱分部，相應(yīng)地，每個分部設(shè)立一個本地站。在本實用新型提供的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)中，通過CC-Link現(xiàn)場總線，各個獨立的分部組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，形成一個統(tǒng)一的能夠協(xié)調(diào)聯(lián)動的系統(tǒng)。由主站PLC實現(xiàn)與從站的信息交換，協(xié)調(diào)各從站的狀態(tài)信息，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)各個分部間的協(xié)調(diào)聯(lián)動，處理故障和報警等。而各從站PLC在主站的控制信息協(xié)調(diào)下實現(xiàn)對該分部設(shè)備的控制，并將該分部的狀態(tài)信息傳送到主站。
圖I為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為應(yīng)用以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)外部PC機與主站PLC CPU的通信示意圖。圖3為以太網(wǎng)模塊與外部PC機進行通信的數(shù)據(jù)格式。圖4為CC-Link主站與本地站通信結(jié)構(gòu)圖。圖5為CC-Link主站與遠程站通信結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型做詳細說明如圖I所示為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。整個啤酒生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和CC-Link現(xiàn)場總線相結(jié)合的通信方式。每條子生產(chǎn)線都有一個主站。主站負責(zé)CC-Link現(xiàn)場總線系統(tǒng)的管理，并由以太網(wǎng)模塊，通過相關(guān)IP地址和端口號等通信參數(shù)的設(shè)置和通信協(xié)議的選擇，將數(shù)據(jù)傳經(jīng)交換機與中央控制系統(tǒng)的PC機實現(xiàn)通信。中央控制系統(tǒng)的PC機通過以太網(wǎng)通信技術(shù)實現(xiàn)組態(tài)系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的高速數(shù)據(jù)通信。PC機實時采集并顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行數(shù)據(jù)并處理，同時通過有權(quán)限的操作者在組態(tài)系統(tǒng)中的操作，也可以控制現(xiàn)場設(shè)備的運行。在CC-Link現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，每個子生產(chǎn)線都有一個主站，主站的站號為O。主站除完成本分部的控制要求外，還要負責(zé)整條生產(chǎn)線的信息通信與協(xié)調(diào)。其他掛接在總線上的設(shè)備根據(jù)物理連接順序，依次進行站號的設(shè)置。主站以外的站為從站。本地站作為該分部的控制器，完成該分部的工藝控制要求。其他的從站還包括由只能處理位信息的遠程I/O站和只能處理字與位信息的遠程設(shè)備站組成的遠程站。為避免因為總線的距離較長、傳輸速度較快的情況下，由于外界環(huán)境干擾出現(xiàn)傳輸信號的奇偶校驗位出錯等傳輸質(zhì)量下降的情況，在總線的始末兩端需接入終端電阻。中央監(jiān)控系統(tǒng)PC機通過組態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行，對用戶權(quán)限進行設(shè)定，實現(xiàn)自動運行和手動控制，實現(xiàn)上位機操作整個生產(chǎn)線進行逆工序順序的啟動和順工序順序的停機，繪制實時曲線和歷史曲線，保存歷史數(shù)據(jù)，對故障和報警進行顯示和處理。啤酒釀造工藝生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括制麥、糖化、過濾、發(fā)酵、儲存等分部。其中制麥分部作為主站，采用一臺過程控制PLC CPU實現(xiàn)制麥分部液位、溫度、流量等過程量及狀態(tài)量的監(jiān)測與控制和CC-Link總線的管理，并通過安裝在主站基板上的以太網(wǎng)模塊與中央監(jiān)控系統(tǒng)進行信息通信，將數(shù)據(jù)高速上傳到中央監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，同時將中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的控制命令送到控制器。其他站則為這條生產(chǎn)線的從站，通過CC-Iink現(xiàn)場總線實現(xiàn)與主站的通信，并按照工藝要求，完成該分部設(shè)備的具體控制功能。啤酒灌裝傳動生產(chǎn)線運動控制系統(tǒng)包括理瓶、清洗、灌裝、打蓋、金檢、貼標(biāo)和供箱等分部。其中，理瓶分部作為主站，采用一臺運動控制PLC CPU負責(zé)理瓶分部伺服系統(tǒng)的控制和CC-Link總線的管理，并通過安裝在主站基板上的以太網(wǎng)模塊與中央監(jiān)控系統(tǒng)進行信息通信，將數(shù)據(jù)高速上傳到中央監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，同時將中央監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的控制命令送到控制器。其他站作為這條生產(chǎn)線的從站，通過CC-Link現(xiàn)場總線實現(xiàn)與主站的通信，并按照工藝要求，完成該分部設(shè)備的具體控制功能。基于上述結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用以太網(wǎng)模塊連接中央監(jiān)控系統(tǒng)PC機與主站的PLCCPU，通過TCP/IP或者UDP/IP通信協(xié)議實現(xiàn)計算機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與生產(chǎn)線之間的數(shù)據(jù)通信，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)層，由監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對各分部控制系統(tǒng)的監(jiān)控。在啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)中，利用以太網(wǎng)模塊的固定緩沖存儲區(qū)，可以實現(xiàn)PLC CPU與計算機之間的數(shù)據(jù)通信。設(shè)計時采用固定緩沖存儲區(qū)通信中的無順序的控制方法進行通信，固定緩沖存儲器為IK字X 16個；模塊與交換機之間的連接采用雙絞屏蔽(STR)電纜；這種通信方式可以傳送的二進制數(shù)為2046字。為實現(xiàn)中央監(jiān)控系統(tǒng)PC機與主站的PLC CPU的通訊，需要在PLC CPU中設(shè)置以太網(wǎng)模塊的網(wǎng)絡(luò)號、組號、站號等參數(shù)，設(shè)置以太網(wǎng)模塊的IP地址和通信數(shù)據(jù)格式，設(shè)置通信協(xié)議、通信的端口號和IP地址，并且在組態(tài)系統(tǒng)中建立與之匹配的IP地址和端口號。 控制層以PLC作為控制核心，控制生產(chǎn)線的設(shè)備運行。采用CC-Link現(xiàn)場總線技術(shù)，通過CC-Link總線使主站與本地站、遠程站連接成總線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)主站與遠程站的通信，與本地站的通信。CC-Link現(xiàn)場總線是一種開放式現(xiàn)場總線，具有使用簡單、節(jié)省成本、性能優(yōu)越可靠。安裝維護簡單，柔性設(shè)計等優(yōu)點。能夠提高接線效率，很容易的高速發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，通過多個PLC CPU的連接，可形成現(xiàn)場總線系統(tǒng)，實現(xiàn)彼此間的協(xié)調(diào)控制。它最多支持64個從站，最高可達IOMbps速度。在啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)中，通過CC-Link現(xiàn)場總線，各個獨立的分部組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，形成一個統(tǒng)一的能夠協(xié)調(diào)聯(lián)動的系統(tǒng)。由主站PLC實現(xiàn)與從站的信息交換，協(xié)調(diào)各從站的狀態(tài)信息，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)各個分部間的協(xié)調(diào)聯(lián)動，處理故障和報警等。而各從站PLC在主站的控制信息協(xié)調(diào)下實現(xiàn)對該分部設(shè)備的控制，并將該分部的狀態(tài)信息傳送到主站。如圖2所示為應(yīng)用以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)外部PC機與主站PLC CPU的通信示意圖。通信協(xié)議可以選擇TCP/IP或者UDP/IP協(xié)議，設(shè)計時選擇使用二進制代碼作為PC機與以太網(wǎng)模塊通信的數(shù)據(jù)格式。以太網(wǎng)模塊與主站PLC CPU以二進制代碼的形式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)和指令，同時以太網(wǎng)模塊與PC機之間也是通過二進制代碼的形式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這樣借助以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)了 PC機與主站PLC CPU的數(shù)據(jù)通信。而主站PLC CPU擁有主站所在生產(chǎn)過程的全部信息，通過與主站PLC CPU的通信，PC機可以實現(xiàn)對啤酒生產(chǎn)過程的實時遠程監(jiān)控。 如圖3所示為以太網(wǎng)模塊與外部PC機進行通信的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式分為標(biāo)題和應(yīng)用數(shù)據(jù)。當(dāng)選擇TCP/IP協(xié)議進行通信時，標(biāo)題由14個字的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，20個字的IP數(shù)據(jù)和20個字的TCP數(shù)據(jù)組成。當(dāng)選擇UDP/IP協(xié)議進行通信時，標(biāo)題由14個字的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，20個字的IP數(shù)據(jù)和8個字的UDP數(shù)據(jù)組成。根據(jù)選擇的通信協(xié)議，以太網(wǎng)模塊自動增加或者刪除標(biāo)題。應(yīng)用數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)代碼用二進制代碼表示，且用二進制代碼進行通信。應(yīng)用數(shù)據(jù)的文本(命令)最多為2064個字節(jié)。如圖4所示為主站與本地站的通信結(jié)構(gòu)圖。在總線控制系統(tǒng)中，主站協(xié)調(diào)控制各分部聯(lián)動、處理故障和報警等控制信息，同時本地站需要將本分部的運行狀態(tài)的信息傳送給主站以便向組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)。這就需要主站與本地站之間通過CC-Link總線進行通信。主站為O號站，本地站根據(jù)連接到總線的順序，依次進行站號設(shè)置，每個本地站可占用I 4個站號，每個站號分配16個位的緩沖存儲器地址。這些地址通過鏈路掃描與主站進行通信，同時，這些緩沖存儲器與PLC CPU之間的輸入軟元件、輸出軟元件、數(shù)據(jù)寄存器等自動刷新。需根據(jù)每個站的站號和所占用的站數(shù)分配主站與本地站的緩沖存儲器地址和CPU的軟元件地址，明確各個數(shù)據(jù)和信息所占的通信地址。然后進行編程設(shè)計，協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)整條生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)聯(lián)動。如圖5所示為主站與遠程站的通信結(jié)構(gòu)圖。遠程站分為只處理位數(shù)據(jù)的遠程I/O站和只處理位數(shù)據(jù)與字數(shù)據(jù)的遠程設(shè)備站。同本地站的站號和站號地址設(shè)置方式相似，主站與遠程站的通信區(qū)別在于遠程I/o站只占一個站號，遠程設(shè)備站占4個站號。通過遠 程站的設(shè)計，能減少連線，提高可靠性，且便于相同信號在不同分部中的重復(fù)使用。遠程站的采集的數(shù)據(jù)由主站接收，控制信息也由主站發(fā)出。
權(quán)利要求1.一種基于以太網(wǎng)和CC-Link的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，應(yīng)用于包括多條子生產(chǎn)線的啤酒生產(chǎn)系統(tǒng)，在每條子生產(chǎn)線上分為多個分部，所述的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)包括中央監(jiān)控系統(tǒng)、作為各個分部控制器的本地站及分布在各個子生產(chǎn)線上的遠程I/O站和遠程設(shè)備站，其特征在于，在每條子生產(chǎn)線的所有本地站中，設(shè)定一個本地站為本條子生產(chǎn)線的主站，其他的本地站作為從站，從站還包括分布在各個子生產(chǎn)線上的遠程I/o站和遠程設(shè)備站；位于同一條子生產(chǎn)線上的所有的從站與相應(yīng)的主站之間通過CC-Link現(xiàn)場總線相連，主站除完成本分部的控制要求外，還負責(zé)整條生產(chǎn)線的信息通信與協(xié)調(diào)，各個分部的其他本地站在主站的控制信息協(xié)調(diào)下，按照工藝要求，完成該分部設(shè)備的具體控制功能，并將該分部的狀態(tài)信息傳送到主站；每個主站都通過各自的以太網(wǎng)模塊及交換機與中央監(jiān)控系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于以太網(wǎng)和CC-Link的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，所述的啤酒生產(chǎn)系統(tǒng)包括釀造工藝過程子生產(chǎn)線和灌裝傳動過程子生產(chǎn)線，與此相對應(yīng)，所述的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)包括釀造工藝生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和灌裝傳動生產(chǎn)線運動控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于以太網(wǎng)和CC-Link的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，所述的釀造工藝過程子生產(chǎn)線包括制麥、糖化、過濾、發(fā)酵和儲存分部，所述的灌裝傳動過程子生產(chǎn)線包括理瓶、清洗、灌裝、打蓋、金檢、貼標(biāo)和供箱分部，相應(yīng)地，每個分部設(shè)立一個本地站。
專利摘要本實用新型屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于以太網(wǎng)和CC-Link的啤酒生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)，包括中央監(jiān)控系統(tǒng)、作為各個分部控制器的本地站及分布在各個子生產(chǎn)線上的遠程I/O站和遠程設(shè)備站，在每條子生產(chǎn)線的所有本地站中，設(shè)定一個本地站為本條子生產(chǎn)線的主站，其他的本地站作為從站，從站還包括分布在各個子生產(chǎn)線上的遠程I/O站和遠程設(shè)備站；位于同一條子生產(chǎn)線上的所有的從站與相應(yīng)的主站之間通過CC-Link現(xiàn)場總線相連，每個主站都通過各自的以太網(wǎng)模塊及交換機與中央監(jiān)控系統(tǒng)相連。本實用新型可以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)各個分部間的協(xié)調(diào)聯(lián)動，處理故障和報警等，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
文檔編號G05B19/418GK202583856SQ201220226579
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者董峰, 張?zhí)靷b, 袁浩 申請人:天津大學(xué)