现场总线技术及以太网的工业化是当今工业控制领域的技术热点之一[ 1 ]。 以太网是目前应用最为广泛的局域网www.cechina.cn, 80% 的网络连接中都是基于以太网的。它不仅应用于办公自动化及智能仪表, 而且大举进军工业自动化领域, 在工业控制局域网中得到了很好的应用[ 2 ]。由于以太网具有传输速率高, 传递容量大等优点, 故将其应用于远程监控将成为理想之选择。本文利用实验室现有的实验设备, 设计了以太网远程监控系统, 将以太网从管理层延伸到控制层, 通过网络实现了远程监控和"从会议室到传感器"的集成。
　　1　硬件设计
　　利用实验室现有条件, 构建的硬件体系如图1 所示。系统的硬件构成如下:

　　图1　实验平台结构体系图

　　1. 1　管理层--PC 机及远程internet
　　在本系统中以太网传输介质采用10Baset-T 双绞线, 使得系统拓扑为星型结构。借助一个16 口的Hubwww.cechina.cn, 将处于办公室的PC 机和远程的internet 服务器及车间级的PCC 控制子站直接相联。在本系统中, 管理层包括一台PC 机及本地登录远程internet 的服务器。以太网接口硬件采用常用的以太网卡, 降低了系统构建的设备成本www.cechina.cn, 且缩短了开发周期。
　　1. 2　控制层--PCC 控制单元及触摸屏人机接口
　　处于控制层的核心控制单元采用奥地利贝加莱公司(B&R) 生产的可编程计算机控制器PCC (P rogrammable Computer Controller)。贝家莱PCC 根据系统规模不同, 分为2003 (百点以下)、2005 (数百点)、2010 (千点左右) 等3 个系列[ 3 ]。本系统中CPU 模块采用IF260, 属2005 中型系列。人机接口采用HITECH 公司的触摸屏与液晶屏合一的彩屏, 规格为2400×1600。此面板具有防水防尘工业级设计, 适用于各种恶劣环境。有LPT 口输出打印报表控制工程网版权所有, 另有COM 1 和COM 2通过RS232与PC 机或PCC 相联。
　　1. 3　现场层--CAN 网络
　　现场包括3 台型号为6SE7016 的西门子变频器, 两台型号为E82EV 571的LENZ变频器, 通过CAN总线采用菊花链的形式互联至PCC。由于所有变频器均处于电气柜中, 距离很短, 通讯速率可高达500Kb/s. 除1# 主令变频器外, 其它4 台变频器各带一位置传感器以检测松紧架的位置, 并将位置偏移量信号送至变频器的辅助频率输入端, 用以调整织物的恒速恒张力运行。此外, 在电气柜面板上还设有准备、启动、点动、升频、降频、停止、急停、复位按钮和相关指示灯。
　　2　功能分析
　　由系统层次结构图(图1)可清楚地看出, 本系统为一典型的三级工业控制网络。处于管理层的PC机通过以太网监测控制层和现场层的实时信息, 必要时还可通过向控制层的子站申请系统控制权, 将分散控制转为集中控制, 使得实现控制系统的异地监控和故障诊断成为可能。同时, PC 机还可向控制层的子站递交系统控制权, 将系统由集中控制转为分散控制. 这种控制形式的灵活切换CONTROL ENGINEERING China版权所有, 更便于工业企业内部管理部门与生产部门的信息沟通, 为企业内部各部门间的信息开放化及交流创造了条件。
　　控制子站的核心控制单元PCC 包含CPU 模块、通讯模块和输入输出模块。它们完成所有数字量和模拟量的采集, 根据系统功能要求实现相应变量的控制算法和控制策略, 及时输出现场执行机构所需的各种控制信息； 接收现场人机接口(触摸屏)输入的, 或远端管理层(PC 机或internet 服务器) 的控制命令并执行相应的动作, 同时向现场人机接口(液晶屏) 或远程终端(PC 机或internet 服务器) 传送实时控制信息及系统状态。在本控制系统中, 核心控制单元PCC 除完成以上基本功能外, 还要完成系统控制权力的交接及判别。
　　本系统中的现场层采用由CAN 总线串接起来的5 台变频器带动执行机构, 以及各种开关量信号和传感器检测信号。5 台变频器带动的执行机构要实现织物的恒速恒张力运行。除主令变频器无传感器外,其他4 台变频器所带的传感器用以检测织物恒速恒张力的运行情况。系统运行速度由主令变频器决定, 且主令变频器所带电机的运行速度可预设和临时修改。
　　3　软件设计
　　本系统设计涉及的软件较多, 其中远端PC 机的应用程序是在VisualBasic 可视化编程环境中开发的。核心控制单元PCC 有其特定的开发平台Automation Studio(A S)。A S 是奥地利贝加莱公司推出的, 支持用户开发PCC 应用程序的软件包。A S 提供的编程语言非常丰富, 有梯形图LAD、指令表IL、高级编程语言ANSIC 及BASIC 等。本系统控制部分采用BASIC 语言编程。人机界面是在软件ADP3中实现