专利名称：基于以太网和CC-Link的啤酒生产自动化控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业控制系统，特别是涉及基于以太网和CC-Link技术的啤酒生产自动化控制系统。
背景技术：
目前，我国已经成为世界上第一啤酒生产和销售大国，但啤酒生产的自动化水平比较落后，大部分处于手动和半自动的控制，产品质量参差不齐，生产效率较低，自动化水平远远落后于国外发达国家。为了提高生产效率和生产质量，需要啤酒生产过程中的各控制分部之间实现信息通信，实现协同联动，组成一个完整的、统一协调工作的有机整体。同时建立啤酒生产的远程监控系统，可以实时监控生产过程，且便于生产管理。因此，建立有效的工业网络结构和·结构合理的信息传输机制，是实现啤酒生产自动化控制系统急待解决的问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种基于以太网和CC-Link技术的啤酒生产自动化控制系统，以解决上述技术问题。其采用的技术方案是—种基于以太网和CC-Link的啤酒生产自动化控制系统,应用于包括多条子生产线的啤酒生产系统，在每条子生产线上分为多个分部，所述的啤酒生产自动化控制系统包括中央监控系统、作为各个分部控制器的本地站及分布在各个子生产线上的远程I/O站和远程设备站，在每条子生产线的所有本地站中，设定一个本地站为本条子生产线的主站，其他的本地站作为从站，从站还包括分布在各个子生产线上的远程I/O站和远程设备站；位于同一条子生产线上的所有的从站与相应的主站之间通过CC-Link现场总线相连，主站除完成本分部的控制要求外，还负责整条生产线的信息通信与协调，各个分部的其他本地站在主站的控制信息协调下，按照工艺要求，完成该分部设备的具体控制功能，并将该分部的状态信息传送到主站；每个主站都通过各自的以太网模块及交换机与中央监控系统相连。作为优选实施方式，所述的啤酒生产系统包括酿造工艺过程子生产线和灌装传动过程子生产线，与此相对应，所述的啤酒生产自动化控制系统包括酿造工艺生产过程控制系统和灌装传动生产线运动控制系统；所述的酿造工艺过程子生产线包括制麦、糖化、过滤、发酵和储存分部，所述的灌装传动过程子生产线包括理瓶、清洗、灌装、打盖、金检、贴标和供箱分部，相应地，每个分部设立一个本地站。在本实用新型提供的啤酒生产自动化控制系统中，通过CC-Link现场总线，各个独立的分部组成现场总线控制系统，形成一个统一的能够协调联动的系统。由主站PLC实现与从站的信息交换，协调各从站的状态信息，实现对整个系统各个分部间的协调联动，处理故障和报警等。而各从站PLC在主站的控制信息协调下实现对该分部设备的控制，并将该分部的状态信息传送到主站。
图I为系统结构示意图。图2为应用以太网模块实现外部PC机与主站PLC CPU的通信示意图。图3为以太网模块与外部PC机进行通信的数据格式。图4为CC-Link主站与本地站通信结构图。图5为CC-Link主站与远程站通信结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做详细说明如图I所示为系统的结构示意图。整个啤酒生产过程控制系统采用以太网和CC-Link现场总线相结合的通信方式。每条子生产线都有一个主站。主站负责CC-Link现场总线系统的管理，并由以太网模块，通过相关IP地址和端口号等通信参数的设置和通信协议的选择，将数据传经交换机与中央控制系统的PC机实现通信。中央控制系统的PC机通过以太网通信技术实现组态系统与现场设备的高速数据通信。PC机实时采集并显示现场设备的运行数据并处理，同时通过有权限的操作者在组态系统中的操作，也可以控制现场设备的运行。在CC-Link现场总线系统中，每个子生产线都有一个主站，主站的站号为O。主站除完成本分部的控制要求外，还要负责整条生产线的信息通信与协调。其他挂接在总线上的设备根据物理连接顺序，依次进行站号的设置。主站以外的站为从站。本地站作为该分部的控制器，完成该分部的工艺控制要求。其他的从站还包括由只能处理位信息的远程I/O站和只能处理字与位信息的远程设备站组成的远程站。为避免因为总线的距离较长、传输速度较快的情况下，由于外界环境干扰出现传输信号的奇偶校验位出错等传输质量下降的情况，在总线的始末两端需接入终端电阻。中央监控系统PC机通过组态系统监控现场设备的运行，对用户权限进行设定，实现自动运行和手动控制，实现上位机操作整个生产线进行逆工序顺序的启动和顺工序顺序的停机，绘制实时曲线和历史曲线，保存历史数据，对故障和报警进行显示和处理。啤酒酿造工艺生产过程控制系统包括制麦、糖化、过滤、发酵、储存等分部。其中制麦分部作为主站，采用一台过程控制PLC CPU实现制麦分部液位、温度、流量等过程量及状态量的监测与控制和CC-Link总线的管理，并通过安装在主站基板上的以太网模块与中央监控系统进行信息通信，将数据高速上传到中央监控系统进行分析，同时将中央监控系统发出的控制命令送到控制器。其他站则为这条生产线的从站，通过CC-Iink现场总线实现与主站的通信，并按照工艺要求，完成该分部设备的具体控制功能。啤酒灌装传动生产线运动控制系统包括理瓶、清洗、灌装、打盖、金检、贴标和供箱等分部。其中，理瓶分部作为主站，采用一台运动控制PLC CPU负责理瓶分部伺服系统的控制和CC-Link总线的管理，并通过安装在主站基板上的以太网模块与中央监控系统进行信息通信，将数据高速上传到中央监控系统进行分析，同时将中央监控系统发出的控制命令送到控制器。其他站作为这条生产线的从站，通过CC-Link现场总线实现与主站的通信，并按照工艺要求，完成该分部设备的具体控制功能。基于上述结构，网络层应用以太网模块连接中央监控系统PC机与主站的PLCCPU，通过TCP/IP或者UDP/IP通信协议实现计算机组态监控系统与生产线之间的数据通信，构成网络层，由监控系统实现对各分部控制系统的监控。在啤酒生产自动化控制系统中，利用以太网模块的固定缓冲存储区，可以实现PLC CPU与计算机之间的数据通信。设计时采用固定缓冲存储区通信中的无顺序的控制方法进行通信，固定缓冲存储器为IK字X 16个；模块与交换机之间的连接采用双绞屏蔽(STR)电缆；这种通信方式可以传送的二进制数为2046字。为实现中央监控系统PC机与主站的PLC CPU的通讯，需要在PLC CPU中设置以太网模块的网络号、组号、站号等参数，设置以太网模块的IP地址和通信数据格式，设置通信协议、通信的端口号和IP地址，并且在组态系统中建立与之匹配的IP地址和端口号。 控制层以PLC作为控制核心，控制生产线的设备运行。采用CC-Link现场总线技术，通过CC-Link总线使主站与本地站、远程站连接成总线结构，实现主站与远程站的通信，与本地站的通信。CC-Link现场总线是一种开放式现场总线，具有使用简单、节省成本、性能优越可靠。安装维护简单，柔性设计等优点。能够提高接线效率，很容易的高速发送和接受数据，通过多个PLC CPU的连接，可形成现场总线系统，实现彼此间的协调控制。它最多支持64个从站，最高可达IOMbps速度。在啤酒生产自动化控制系统中，通过CC-Link现场总线，各个独立的分部组成现场总线控制系统，形成一个统一的能够协调联动的系统。由主站PLC实现与从站的信息交换，协调各从站的状态信息，实现对整个系统各个分部间的协调联动，处理故障和报警等。而各从站PLC在主站的控制信息协调下实现对该分部设备的控制，并将该分部的状态信息传送到主站。如图2所示为应用以太网模块实现外部PC机与主站PLC CPU的通信示意图。通信协议可以选择TCP/IP或者UDP/IP协议，设计时选择使用二进制代码作为PC机与以太网模块通信的数据格式。以太网模块与主站PLC CPU以二进制代码的形式发送和接收数据和指令，同时以太网模块与PC机之间也是通过二进制代码的形式发送和接收数据。这样借助以太网模块实现了 PC机与主站PLC CPU的数据通信。而主站PLC CPU拥有主站所在生产过程的全部信息，通过与主站PLC CPU的通信，PC机可以实现对啤酒生产过程的实时远程监控。 如图3所示为以太网模块与外部PC机进行通信的数据格式。数据格式分为标题和应用数据。当选择TCP/IP协议进行通信时，标题由14个字的以太网数据，20个字的IP数据和20个字的TCP数据组成。当选择UDP/IP协议进行通信时，标题由14个字的以太网数据，20个字的IP数据和8个字的UDP数据组成。根据选择的通信协议，以太网模块自动增加或者删除标题。应用数据中数据代码用二进制代码表示，且用二进制代码进行通信。应用数据的文本(命令)最多为2064个字节。如图4所示为主站与本地站的通信结构图。在总线控制系统中，主站协调控制各分部联动、处理故障和报警等控制信息，同时本地站需要将本分部的运行状态的信息传送给主站以便向组态监控系统中传输数据。这就需要主站与本地站之间通过CC-Link总线进行通信。主站为O号站，本地站根据连接到总线的顺序，依次进行站号设置，每个本地站可占用I 4个站号，每个站号分配16个位的缓冲存储器地址。这些地址通过链路扫描与主站进行通信，同时，这些缓冲存储器与PLC CPU之间的输入软元件、输出软元件、数据寄存器等自动刷新。需根据每个站的站号和所占用的站数分配主站与本地站的缓冲存储器地址和CPU的软元件地址，明确各个数据和信息所占的通信地址。然后进行编程设计，协调控制，实现整条生产线的协调联动。如图5所示为主站与远程站的通信结构图。远程站分为只处理位数据的远程I/O站和只处理位数据与字数据的远程设备站。同本地站的站号和站号地址设置方式相似，主站与远程站的通信区别在于远程I/o站只占一个站号，远程设备站占4个站号。通过远 程站的设计，能减少连线，提高可靠性，且便于相同信号在不同分部中的重复使用。远程站的采集的数据由主站接收，控制信息也由主站发出。
权利要求1.一种基于以太网和CC-Link的啤酒生产自动化控制系统，应用于包括多条子生产线的啤酒生产系统，在每条子生产线上分为多个分部，所述的啤酒生产自动化控制系统包括中央监控系统、作为各个分部控制器的本地站及分布在各个子生产线上的远程I/O站和远程设备站，其特征在于，在每条子生产线的所有本地站中，设定一个本地站为本条子生产线的主站，其他的本地站作为从站，从站还包括分布在各个子生产线上的远程I/o站和远程设备站；位于同一条子生产线上的所有的从站与相应的主站之间通过CC-Link现场总线相连，主站除完成本分部的控制要求外，还负责整条生产线的信息通信与协调，各个分部的其他本地站在主站的控制信息协调下，按照工艺要求，完成该分部设备的具体控制功能，并将该分部的状态信息传送到主站；每个主站都通过各自的以太网模块及交换机与中央监控系统相连。
2.根据权利要求I所述的基于以太网和CC-Link的啤酒生产自动化控制系统，所述的啤酒生产系统包括酿造工艺过程子生产线和灌装传动过程子生产线，与此相对应，所述的啤酒生产自动化控制系统包括酿造工艺生产过程控制系统和灌装传动生产线运动控制系统。
3.根据权利要求2所述的基于以太网和CC-Link的啤酒生产自动化控制系统，所述的酿造工艺过程子生产线包括制麦、糖化、过滤、发酵和储存分部，所述的灌装传动过程子生产线包括理瓶、清洗、灌装、打盖、金检、贴标和供箱分部，相应地，每个分部设立一个本地站。
专利摘要本实用新型属于自动控制技术领域，涉及一种基于以太网和CC-Link的啤酒生产自动化控制系统，包括中央监控系统、作为各个分部控制器的本地站及分布在各个子生产线上的远程I/O站和远程设备站，在每条子生产线的所有本地站中，设定一个本地站为本条子生产线的主站，其他的本地站作为从站，从站还包括分布在各个子生产线上的远程I/O站和远程设备站；位于同一条子生产线上的所有的从站与相应的主站之间通过CC-Link现场总线相连，每个主站都通过各自的以太网模块及交换机与中央监控系统相连。本实用新型可以实现对整个系统各个分部间的协调联动，处理故障和报警等，提高生产效率和生产质量。
文档编号G05B19/418GK202583856SQ201220226579
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者董峰, 张天侠, 袁浩 申请人:天津大学