電解鋁槽控機(jī)通訊系統(tǒng)淺談

孟曉寶

摘 要：電解鋁槽控機(jī)的通訊系統(tǒng)采用光纖通信技術(shù)與CAN總線相結(jié)合的方法進(jìn)行通訊，CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）的簡(jiǎn)稱， 是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊具有抗干擾性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、通信準(zhǔn)確、穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸率高的性能?；贑AN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)通訊解決了長(zhǎng)距離通訊性能不穩(wěn)定的問題，使控制平穩(wěn)、提高控制質(zhì)量，減少效應(yīng)次數(shù)，使電流效率有較大的提升。

關(guān)鍵詞：CAN總線；槽控機(jī)；通訊故障

0 前言

目前，鋁電解生產(chǎn)系列均是以多臺(tái)串聯(lián)式直流鋁電解槽組成，每臺(tái)鋁電解槽配置一臺(tái)槽控機(jī)，鋁電解槽控機(jī)通訊系統(tǒng)采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。將槽控機(jī)設(shè)計(jì)為多CPU網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，按照采樣、操作、解析與顯示個(gè)數(shù)相對(duì)獨(dú)立的功能設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)智能化的功能模塊（電路板），各模塊均有自己的CPU，可相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行，并通過內(nèi)部CAN總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)彼此間的數(shù)據(jù)交換和多CPU協(xié)同工作。

某鋁業(yè)公司電解槽槽控系統(tǒng)由槽控機(jī)、通訊設(shè)備、接口機(jī)、服務(wù)器、語音報(bào)警機(jī)等幾部分組成，鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1-1.在機(jī)房與現(xiàn)場(chǎng)之間，系統(tǒng)采用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，光纖通信技術(shù)與CAN總線相結(jié)合可以從根本上提高通訊的速度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制，采用光纖傳輸，明顯降低信號(hào)的衰減程度，從而為提高信號(hào)質(zhì)量通訊信號(hào)解決傳輸過程中容易失真和抗干擾性差等問題。

1 CAN總線通訊

CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡(jiǎn)稱。CAN總線通訊和電流信號(hào)通訊，均并聯(lián)于總線上，適用于工業(yè)過程控制主設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備之間的互聯(lián)，信號(hào)在總線的傳輸是以頻率波形的形式傳送的 由于外界的干擾，會(huì)在總線上形成雜波，而電子器件對(duì)波形的識(shí)別是通過一定頻率的采樣， 也就是常說的積分或微分，然后變換成數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)識(shí)別，這個(gè)波形的識(shí)別是在一定的 信號(hào)幅度上的，當(dāng)雜波干擾過強(qiáng)或器件老化以后，其相位頻率差就出現(xiàn)了，造成采樣錯(cuò)誤， CAN總線和電流總線上均可能出現(xiàn)這樣的情況，為避免因雜波干擾出現(xiàn)通訊故障影響生產(chǎn)，電解鋁槽控系統(tǒng)均采用通訊電纜使用雙絞線及安裝壓敏電阻的方法用以確保通訊正常。

通常檢查CAN總線通訊的方式為通訊電纜是否短路、動(dòng)力箱接線端子上的總線電纜是否有毛刺，在確定沒有問題后需考慮是否現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化導(dǎo)致壓敏電阻的安裝位置需要調(diào)整或壓敏電阻損壞。

2 光纖通信技術(shù)

光纖通信技術(shù)（optical fiber communications是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式，被稱之為“有線”光通信。當(dāng)今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信的傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。

從原理上看，構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測(cè)器。在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息.

3 鋁電解槽控機(jī)通訊

某鋁業(yè)公司在現(xiàn)場(chǎng)將CAN-BUS信號(hào)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通訊方式，通過光纜送入控制室，再通過光電收發(fā)器和交換機(jī)和管理機(jī)通訊。系統(tǒng)采用高性能工業(yè)級(jí)CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，內(nèi)部集成2路CAN總線接口、1路以太網(wǎng)接口，自帶成熟穩(wěn)定的TCP/IP協(xié)議棧，建立CAN-以太網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，

這樣做解決了采用“局域網(wǎng)—生產(chǎn)監(jiān)控—槽控機(jī)”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)分布式控制結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)由安裝在原料生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的槽控機(jī)（控制級(jí)）和安裝在計(jì)算機(jī)站的管理機(jī)（生產(chǎn)監(jiān)控管理級(jí)）以及安裝在原料車間區(qū)長(zhǎng)室內(nèi)的原料車間工作站組成。每個(gè)工區(qū)內(nèi)的槽控機(jī)采用CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)總線連接，每個(gè)區(qū)的CAN-BUS在車間進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，送入控制室信號(hào)分配柜進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，再送入管理機(jī)中的PC-CAN通訊卡上進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的隨著系列電解槽數(shù)的增加和槽型的加大，每個(gè)工區(qū)到控制室的通訊距離相對(duì)的增加，CAN-BUS總線的傳輸距離和傳輸速度會(huì)受到制約，同時(shí)位于管理機(jī)中的PC-CAN通訊卡由于是非標(biāo)產(chǎn)品，隨著后期工控機(jī)性能升級(jí)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，安裝和維護(hù)相對(duì)較麻煩的缺點(diǎn)。

4 通訊故障類型

接口機(jī)、槽控機(jī)通訊過程中較為常見的通訊故障為單槽無通訊、多槽無通訊、工區(qū)無通訊等，發(fā)生通訊故障直接影響到了參數(shù)下發(fā)、語音報(bào)警、數(shù)據(jù)采集與匯總、報(bào)表生成等一系列問題，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。當(dāng)部分車間、工區(qū)、單槽發(fā)生無通訊故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及控制參數(shù)進(jìn)行采集，更不能保證對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行有效的調(diào)整和控制。

為避免因通訊故障導(dǎo)致上述情況的發(fā)生影響電解的精藝生產(chǎn)，鋁電解槽控機(jī)通訊故障可分為總線故障、光纖故障、通訊轉(zhuǎn)換故障、地址故障等故障類型。

為避免出現(xiàn)上述類型通訊故障需將服務(wù)器及交換機(jī)等設(shè)備安裝在陰涼干燥的機(jī)房當(dāng)中，當(dāng)接口機(jī)與槽控機(jī)通訊頻率設(shè)定在適當(dāng)范圍內(nèi)，可以保證槽控機(jī)與接口機(jī)正常的通訊，定期查看光纖收發(fā)器的信號(hào)是否正常，檢查通訊轉(zhuǎn)換模塊信號(hào)是否正常，在確保槽控機(jī)的BCD地址碼設(shè)置正確后嚴(yán)禁他人隨意改動(dòng)。

5 結(jié)論

鋁電解槽控機(jī)通訊系統(tǒng)是鋁電解生產(chǎn)的核心，只有保證通訊系統(tǒng)的正常才能保證平穩(wěn)生產(chǎn)，才能保證鋁電解實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，能夠有效的降低電解工的勞動(dòng)強(qiáng)度。