PROTOS1-8 现场总线架构分析

王立春 夏 勇

（四川烟草工业有限责任公司 绵阳分厂，四川 绵阳 621000）

PROTOS1-8 是由德国虹霓（HAUNI）公司设计制造的集机、电、气、液、光于一体，高产品质量、高生产率、高可靠性的滤嘴卷烟自动生产线，具有21 世纪初期国际先进水平。其设计能力为8500 支/min，机组大量采用独立驱动系统简化传动机构，整体布局紧凑合理，维自控功能齐全，配有完善的在线检测系统。

1 PROTOS1-8 卷接机组应用总线简介

在PROTOS1-8 卷接机组中占主导地位的现场总线有三种，它们分别是CAN-BUS，INTER-BUS，TEA-BUS。

CAN-BUS 现场总线即控制器局域网。CAN 总线上的每个节点都可随时，主动而不分主次地向网络上的其他各节点发送相关信息，并在节点之间实现自由通信，特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。它同时具有极强的抗干扰能力及纠错能力。

INTER-BUS 现场总线的主要技术开发者为德国的Phoenix Contact 公司。INTER-BUS 总线包含了两种总线网络即远程和本地总线网络，两种网络电平不同但可以传送相同的信号。远程总线网络用于远程的数据传送,采用RS-485 传输，网络本身不供电，远程网络通讯方式是全双工，其通讯速率为500k/s。当本地总线网络与远程网络连接，网络上的总线终端BT 上的BK 模块会把远程网络的数据转换成本地的网络数据。

TEA-BUS 现场总线又称COS-BUS（Clock sampling ejection）,PROTOS1-8 卷接机组中使用的用于传送时钟脉冲、取样和剔除参数及命令、系统参数等数据，它使所有的物理总线用户于PROTOS 控制件连成网络，并因此成为MLP（Making Line Processor 生产线微处理器）通信的主通信总线。

2 PROTOS 现场总线架构

为了实现大量对控制系统的监测和快速的执行机器功能，PROTOS1-8 机组采用大量总线技术，通过这些总线之间的高速准确的数据传输使得处理系统和控制系统的效能得以充分发挥。PROTOS1-8 随机资料中并没有给出整个机组的总线配置情况，通过对各控制系统部分总线结构分析汇总，给出其组成和相互关系。见图2-1。

图2-1. PROTOS1-8 总线架构图

2.1 MLP（生产线微处理器）单元

MLP（生产线微处理器）是一个图文显示系统，它作为PROTOS 的功能单元（以及CAN 总线的总线用户）的中央操作与显示单元供操作者使用。MLP 通过CAN 总线协调全部的数据交换。它对于所有安装的用户来说是高一级的显示和操作单,元它收集用户的生产流程数据并以此计算特性数据，例如PROTOS 生产线的的生产报告或机器效率。MLP 的操作系统是Windows 95，在MLP 的硬盘上，除了MLP 软件外还装有其它总线用户的图文显示软件。对一些总线用户而言，操作软件也储存在MLP 的硬盘上并可以发送到总线用户那里。MLP还可通过Ethernet与上一级主计算机进行通讯。见图2-2

图2-2. 总线软件结构图

2.2 CAN-BUS 现场总线单元

CAN-BUS为 PROTOS 中MLP系统和所有控制及检测系统之间的数据通讯连接。该总线由一条CAN 数据传输线和四个机器脉冲信号（DCP，DCP80，ICP，UD）组成，它作为PROTOS1-8机组中的二级总线又区分为MAX CAN-BUS和SE CAN-BUS，这是由于机组中的MAX（接咀机）部分和SE（卷烟机）部分同时也传输相互不同的时钟脉冲信号。每部分总线可包括八个逻辑总线用户，基本机型一般连接有SRM（重量控制系统），CIS（烟支检测系统），ORIS（烟支外观表面检测）, SPS（可编程存储器控制），MLP（生产线微处理器）等逻辑总线用户，它们分别通过各自的CAN-BUS总线接口板与之连接。

CAN-BUS可传递大量的数据，当CAN总线上的其中的一个节点(站)发送数据时,将以报文的形式传播给网络中其他所有的节点。对每个节点而言,无论数据的对象是否是自己,都对其进行接收。每组报文开头的11位字符定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向内容的编址方案。任何一个处于接收准备状态的站对接收到的报文进行检查测试,判断传来报文是否是发给自己的,以确定可否接收。例如地址1为SPS，地址2为CIS，地址3为CIS，当MLP发指令给3时，其余部分均收到指令，但仅有地址标识为3的CIS执行指令。

在MLP 显示界面上标识出所有可能的总线用户，项目后的方框中浅灰色为在选项目，打开参数修改钥匙开关后可分别对总线用户进行注册与撤消，并通过下方复位CAN-BUS 按钮进行CAN-BUS 总线复位。见图2-3

图2-3. CAN-BUS 总线配制菜单

2.3 INTER-BUS 现场总线单元

由于在I/O网络中有十分快的通讯速度，INTER-BUS在PROTOS1-8机组中作为用于可编程逻缉控制的外围设备的输入/输出总线使用，它用于连接S7，同步传动，计量传动，变频器，接近开关，继电器，热敏电机，阀岛组件等控制和执行元件。

我们知道INTER-BUS总线包括远程总线网络和本地总线网络，在PROTOS1-8机组中的网络配置如图2-4。图中左边纵向的一列连接的模块为远程总线（Remote），各横向行中的连接模块即为本地总线（Local），该图详细的标识出各功能模块之间的联系关系，当总线的某部分出现故障时就可以通过该图很容易的找到故障模块。

从I/O层到控制层，仅需一根电缆即可实现数据交换，以取代成百上千条从控制系统接入及接出的电缆。

3 PROTOS1-8 机组应用总线技术的优点分析

随着计算机技术的发展越来越多的技术都依赖于PLC，使之能力越来越强，更多的应用信号需要进行传输，需要越来越多点到点的电缆。工作传输系统的安全型和可靠性也大大降低。因此新型工业通信技术有极大的需求，所以若采用该总线技术可使电缆和相关的成本大大降低，并能将一部分的控制功能应用到实际输入/输出设备上，从而使系统的安全性和可靠性提高。

要实现新的工业通信技术的关键是要采用新的传输方法。点到点这种常规的传输方法已明显不能满足大量工作数据的传输任务，特别是模拟量信号的传输又需要使用大量的特殊传导材料，以提高传输过程的抗干扰能力。并联传输时，随着传输的信号增多、使需要连接的导线需求也越多。最主要的采用并联传输方法的控制系统都是封闭式的控制系统的范围，很难实现异种系统的信号交换。如果采用该种串联传输方法可大大解决上述的问题。

图2-4. PROTOS1-8机组INTER-BUS总线配置

由于现场总线的优点要大大的好过并联传输， PROTOS1-8 机组在应用大量总线技术后，虽然控制系统和执行元件增加，却使各种导线减少，使连接件减少，电气控制柜的尺寸减小，同时也减少了先进诊断功能的停机时间，从而提高生产效率。同时因在可靠性方面的要求上，现场总线对于模拟量信号的传输要高于并联传输，从而大大提高了机组的控制系统的稳定性。开放性现场总线使与不同现场设备之间的接线方法实现了统一，让系统更加灵活，方便。

PROTOS1-8 机组中还应用了其它的一些现场总线技术，如在重量控制系统中应用的PSK-BUS，为下游机的PLC 进行数据交换的PROFIBUS 等等，它们分别在相应的控制单元里执行数据信号的传输。

通过本文介绍我们可以得知该机组作为新一代卷接设备其自动控制方面应用了大量的总线技术，使设备的自动化和自诊断能力大幅度提高，同时为我们设备维修提出了更高的要求和许多新的思路。

[1]郑国华.地铁车站设备安装调试技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]沈学东,王蔚然.现场总线技术综述[J].东北电力技术,1999,(5).

[3]杨宪惠.现场总线技术和应用[M].北京:清华大学出版社,1999.

[4]邬宽明.CAN 总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学,2001.

[5]惠敦炎.PROFIBUS-DP 之扩展功能[J].自动化博览,2002,(1).

[6]吉顺平,孙承志.西门子 PLC 与工业网络技术[M].北京:机械工业出版社,2008,(2).

[7]夏锋,孙优贤,基于交换式以太网实现多现场总线集成[J].电力系统及其自动化学报,2003,15(4):58-62.