跟着核算机技能、通讯技能和操控技能的开展，现场总线技能逐步被广泛运用到工业操控体系中，在纺织工业中也开端得到运用。本文介绍了现场总线的基本原理，对现行的几种现场总线进行了比较，在剖析总结数字化纺织出产操控体系开展新特色的根底上，介绍了现在国内外纺织职业在运用现场总线方面的状况。
1 导言
跟着我国纺织工业继续快速的开展，现代纺织技能将以电子信息技能为主导，以智能化出产为首要特征[1]。现在，国产纺织机械设备操控体系的开发多侧重于完结单台设备的纺织工艺功用自动化，将机器所具有的先进功用关闭在单机体系内，而疏忽了体系的网络化构成，其成果必然使机器的结构(特别是其操控体系)愈来愈杂乱，使机器成为纺织企业自动化体系中的“孤岛”。进入90年代以来，现场总线技能以及依据该技能的操控体系在国内外引起人们高度重视，成为世界范围内的自动化技能开展的热门，它归纳运用了微处理器技能、网络技能、通讯技能和自动操控技能，将微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字核算和数字通讯的才能，不光进步了信号丈量、操控和传输的精度，也为完结其长途传输发明了条件。
在纺织工业由传统工业向现代工业改变的进程中，依据现场总线的操控技能为纺织工业操控体系向涣散化、网络化、智能化的开展供给了机会。本文经过对现场总线基本原理的介绍，比较了当今比较常用的几种现场总线的特色及运用场合，搭建了依据现场总线操控技能的数字化纺织出产体系的结构模型。
2 现场总线的基本原理
现场总线是当今3C(Computer、Communication、Control)技能开展的结合点，也是进程操控技能、自动化外表技能和核算机网络技能开展的交汇点，是信息技能、网络技能的开展在操控范畴的集中体现，是信息技能、网络技能延伸到现场的必然成果。
依据世界电工委员会(IEC，InternationalElectrotechnicalCommission)规范和现场总线基金会(FF，FieldbusFoundation)的界说，现场总线是衔接智能现场设备和自动化体系的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络[2]。现场总线技能将专用微处理器置入传统的丈量操控外表，使其都具有数字核算和数字通讯才能，成为能独立承当某些检测、操控和通讯使命的网络节点。经过一般双绞线把多个丈量操控外表、核算机等作为节点衔接成的网络体系；运用揭露、规范的通讯协议，在坐落出产操控现场的多个微机化测控设备之间、以及现场外表与用作监控、办理的长途核算机之间，完结数据传输与信息同享，构成各种习惯实际需求的自动操控体系。
现场总线首要是面向进程操控，除传输数字与模拟信号的直接信息外，还可传输操控信息，网络交流的数据单元是帧(Frame)。与集散操控体系(DistributedControlSystem，DCS)比较，现场总线操控体系(FieldbusControlSystem，FCS)具有可靠性高以及更好的安全性、互换性和互操作性、开放性、涣散性等长处。
综上所述，现场总线是将自动化最底层的现场操控器和现场智能外表设备互连的实时操控通讯网络，它遵从ISO/OSI开放体系互联参阅模型的悉数或部分通讯协议。
3 常见的几种现场总线技能
上世纪80年代以来，世界上的闻名大公司先后推出了几种工业现场总线和现场通讯协议，现在盛行的首要有FF(FieldbusFoundation基金会现场总线)、Profibus(ProcessFieldbus)、CAN(ControllerAreaNetwork操控器局域网)、LonWorks(LocalOperationNetwork部分操作网)、WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol世界工厂外表协议)等。其首要技能差异及适用场合如下：
3.1FF现场总线
基金会现场总线以ISO/OSI开放体系互连模型为根底，取其物理层、数据链路层、运用层为FF通讯模型的相应层次，并在运用层上增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通讯速率。H1的传输速率为1.25kbit/s，通讯间隔可达1900m(可加中继器延伸)，可支撑总线供电，支撑实质安全防暴环境。H2的传输速率为1M和2.5kbit/s两种，其通讯间隔分别为750m和500m。物理传输介质可支撑双绞线、光缆和无线发射，协议契合IEC11582规范，物理前言的传输信号选用曼彻斯特编码。首要运用在进程自动化范畴，如：化工、电力、油田和废水处理等。
3.2Profibus现场总线
Profibus系列由Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA等3个兼容部分组成。Profibus选用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分构成了其规范榜首部分的子集。Profibus的传输速率为9.6kbit/s～12Mbit/s，最大传输间隔在12Mbit/s时为100m，1.5Mbit/s时为400m，可用中继器延伸至10km。其传输介质可所以双绞线和光缆。首要运用范畴有：DP型适合于加工自动化范畴的运用，如制药、水泥、食物、电力、发电、输配电；FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程操控器、低压开关等一般自动化制作业自动化；PA型则是用于进程自动化的总线类型。3.3CAN现场总线
CAN的网络规划选用了契合ISO/OSI网络规范模型的三层结构模型：即物理层、数据链路层和运用层，网络的物理层和链路层的功用由CAN接口器材完结，而运用层的功用由处理器来完结。通讯具有杰出的可靠性、实时性和灵敏性；选用短帧结构，传输时间短，抗干扰；节点分不同优先级，可满意不同的实时性要求。其传输介质能够用双绞线、同轴电缆或光纤等，通讯速率最高可达1Mbit/s(40m)，直接传输间隔最远可达10km(5kbit/s)。首要运用范畴有：轿车制作、机器人、液压体系、涣散性I/O、东西机床、医疗器械。
3.4Lonworks现场总线
LonWorks选用了与OSI参阅模型类似的7层协议结构，LonWorks技能的中心是具有通讯和操控功用的Neuron芯片。Neuron芯片完结完好的LonWorks的LonTalk通讯协议，节点间能够对等通讯。LonWorks通讯速率为78Kbit/s～1.25Mbit/s，支撑多种物理介质，有双绞线、光纤、同轴电缆、电力线载涉及无线通讯等；并支撑多种拓扑结构，组网灵敏。
首要运用范畴有：工业操控、楼宇自动化、数据收集、SCADA体系等，在组成分布式监控网络方面有优胜的功用。
3.5WorldFIP现场总线
WorldFIP现场总线体系结构分为进程级、操控级和监控级等3级，其协议由物理层、数据链路层和运用层组成。其通讯速率有31.25Kbit/s、1Mbit/s、2.5Mbit/s、25Mbit/s。传输介质选用屏蔽双绞线和光纤。它能满意用户的各种需求，适合于集中型、涣散型和主站／从站型等多种类型的运用结构。用单一的WorldFIP总线可满意进程操控、工厂制作加工和各种驱动体系的需求。首要运用范畴有：电力工业、铁路、交通、工业操控、楼宇。
4 依据现场总线技能的纺织出产操控体系
纺织工业的信息化建造是未来几年纺织工厂的追求和建造要点，而数字化的纺织出产体系正是其不可或缺的根底。它将全面进步纺织工厂的办理水平，对工厂的技能、质量、经济和服务推动的前进都将发生直接的显着的推动效果。
数字化的纺织机械选用现代先进的操控技能：以CPU为中心的操控器，以电力电子技能为根底的新式驱动技能，以现场总线技能为代表的网络及高速数据通讯技能。完结数据的实时精确收集和高速传输，完结分布式、现场化和抗干扰功用的进步，完结出产进程的自动化、智能化，完结纺织机械与现代先进操控技能的结合，为纺织企业的信息化从设备层打下坚实的根底。
依照网络的衔接结构，一般将企业网络体系分为4层：操控层、监控层、办理层、信息层，依据现场总线技能的纺织出产信息化体系如图1。
现场总线操控层是各种出产信息的来历。各种棉纺、编织、印染机械的操控器只需具有现场总线通讯接口，经过恰当的编程，就能够将机械的运转数据实时传送到监控体系。现场总线监控层完结车间级设备检测和操控。运用组态软件编程和现场总线网络，整合车间内各个单台机械设备操控体系，以明晰友爱的人机界面完结全车间设备的出产状况、产值、功率的监督，一起还能够对设备的工艺参数进行一致设置，毛病报警、参数记载、显现前史趋势和实时曲线，生成和打印各种出产报表。办理层是工厂级的信息办理体系。操控体系均能够依照用户的需求，经过多种总线、工业网络树立数据库，对数据进行处理并分类送到各个办理部门，完结数据的查询、计算、剖析和数据报表。现场总线信息层将操控进程、信息办理、通讯网络融为一体，完结数据同享，有关人员登陆到Web服务器，就可依据各自的权限监控到出产现场的设备的运转状况。
5 运用事例
因为现场总线技能在可靠性、开放性、经济性、全数字化传送方面具有无比的优胜性，习惯了现代纺织工业的高质量、低本钱、小批量、多种类、快速呼应、高效低耗、清洁出产的需求，现在，现场总线技能现已开端在纺纱、化纤、机织、针织、染整及服装等纺织机械设备中得到很多的运用，以简化出产体系组成结构，构成柔性化出产体系；保证产品质量，下降出产本钱；促进了纺织工业的核算机集成化出产。
在国外推出的选用现场总线技能的化纤、编织及染整等设备中，将不同厂家规范的模块化的现场设备涣散在机器的各个部位，运用操控网络集成技能将其组配成专用体系，体系硬件规划变得简单明了，下降了布线本钱。
例如，瑞士SulzeTextile推出的G6300剑杆织机，机器中的引纬、送经、卷取、织边均选用伺服电动机，主操控器为32位的多处理器结构，织机中各现场设备用CAN现场总线衔接组成操控网络，织物标准的机织条件设定、操控数据转化均可长途操控或现场设定。德国THEN推出的AIRFLOWAFT匹染机，选用LonWorks现场总线操控网络结构的THEN-DYNET(TDN)操控体系，机器中的气流操控阀、进水出水阀、换热器操控阀等执行器，染液温度及布料速度等传感器均为具有功用自治的现场设备，而且作为整机操控网络中的一个节点与上位PLC操控器衔接。
我国自1993年起开端对现场总线进行研讨，并于1996年正式将现场总线技能的研讨和产品开发列为“九五”国家要点科技攻关项目，至1998年己有一些不完全的现场总线OEM新产品推出。国内纺织机械厂不失时机地活跃引入先进的现场总线技能，结合各类纺织机械的功用特色，在现场总线产品的体系集成进步行了要点研讨。如上海二纺机股份有限公司开发的四电机驱动的粗纱机选用了CAN总线。大容量涤纶纺丝、后处理出产线悉数选用Profibus总线。上海太平洋机电集团在开发的年产3万吨涤纶短纤维成套设备中，研制了依据现场总线的操控体系，达到了世界同类产品的先进水平。
6 结束语
现场总线技能是当今自动化范畴技能开展的热门之一，它的呈现使传统的操控体系结构发生了革命性的改变，使自控体系朝着智能化、数字化、信息化、网络化、涣散化的方向跨进，构成新式的网络集成式全分布式操控体系—现场总线操控体系。现场总线操控体系作为工业自动化的开展方向，为我国纺织工业的自动化范畴供给了杰出的机会。跟着现场工业总线产品运用的遍及，研制本钱消化，出产本钱下降，现场工业总线产品将大幅度运用于纺织工业自动化体系，现场工业总线体系技能将在纺织自动化中得到遍及运用和长足的开展。
