0. 前言
近幾年來，國內鋁型材行業發展迅速，技術進步不斷加快。網絡控制技術在整流電源中得到了廣泛應用，大大改變了原來整流設備的控制地點分散、功能單一、分工過細的狀況，目前正朝著變電、整流、工藝綜合監控方向發展。為了適應新形勢下的技術變革，搭建一個結構簡單，成本低廉的整流器控制系統網絡架構，使之能方便的融入綜合控制系統，成為了整流器設計的一個關鍵部分。
1. 鋁型材表面處理電源控制系統簡介
1.1控制系統核心
我公司生產的鋁型材表面處理電源，包含普通高頻電源，高頻同步整流電源，可控硅整流電源，多波形著色電源，采用的控制系統均為自己研發的數字控制系統，較之上一代的基于PLC的模擬控制系統，在性能上得到了極大的提升。
1.2鋁型材整流電源信號系統簡介
鋁型材整流器信號系統包括內部和外部兩部分，內部信號也即設備運行所需的各種信號，包含進線電流電壓，冷卻裝置的溫度和壓力信號、各種連鎖保護和故障信號、輸出電流電壓信號、來自槽端的各種信號等，這些信號是控制系統需要采集并且大多數要用在內部控制邏輯當中。外部信號主要包括來自DCS的信號、來自上位機的遠程控制信號等，是外設對整流器的一些控制信號。這些信號來源不同，數量眾多，對其處理，既要保證實時性，也要滿足穩定可靠的要求，同時還要兼顧經濟和方便。這對我們的控制系統組網提出了較高的要求。
2. 鋁型材表面處理整流器系統網絡目標
一般的鋁材廠都有專門表面處理車間，涉及到整條生產線表面處理整流器的聯網自動控制。這就涉及到設備之間的協調性和與上位機之間的有效通信。以著色電源為例，著色槽一般要求在槽邊有一個遠控箱進行控制，方便對色。同時在中控室有一個遠控臺進行遠程控制，如果要自動控制的廠家，還有一套上位機系統，對生產線行車和整流器進行統一控制。各個整流器控制終端要很好的協調匹配，不能出現誤操作。同時，很多廠家采用三個著色槽一起著色，要求三臺設備同步運行，每臺設備之間不能有延遲，同時要保持輸出高度一致性。這些都對系統組網提出了非常高的要求。該網絡結構的架構，應當至少滿足以下幾個條件：
1） 上位機要支持相應的網絡接口和通信協議。
2） 該網絡要方便的支持多站點數據采集。
3） 要保證通信速度。
4） 要保證能對各個站點進行方便的投入與切出，以方便對單臺設備維護。
5） 由于上位機一般位于控制室，離整流器較遠，可達上百米甚至上千米，網絡能夠保證在這個距離內通信的有效和穩定。
3. 鋁型材表面處理整流器系統網絡設計
基于上面幾條考慮，我們首先排除了基于RS232或者RS485的MODBUS通信方式，因為這種方式一般應用在遠端只進行數據采集，并且對實時性要求不高的場合。如果遠端要對設備進行操作或者控制，在長距離通信或者多站點通信的時候，這種通信就不太合適。主要在于實時性不好，會有較大的延時。我們公司采用了以下兩種組網方式提供給客戶：
3.1 基于CAN總線的組網方式
是用CAN網絡進行設備組網。CAN是控制器局域網絡(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發了的，并最終成為國際標準。是國際上應用最廣泛的現場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協議已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線，并且擁有以CAN為底層協議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車計算機控制系統和環境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業環境。
CAN網絡的優點如下：
1） 由于CAN網絡的特性，數據在CAN總線上傳輸，對于每臺設備都是一樣的，無所謂主從的概念，所以其數據的同步性非常好。也就是上位機要對下面的設備進行操作，只需要發送一條指令，下面的設備幾乎是同時接收，不存在延時。非常適合幾臺設備同時控制的場合。
2） CAN總線的通信距離較長，通信速率非常高，在工業環境下，一般200米左右能保持250K的通信波特率。通信速度很快
3） CAN網絡的擴展性很好，如果有設備因為故障等原因退出維護，對整個網絡沒有任何影響，不會造成網絡通信的延遲，能繼續穩定的通信。
以上這些特點，非常適合于鋁型材表面處理電源的聯網控制，再以著色電源為例，在3臺著色電源要求同步工作的情況下，其同步性，實時性的表現非常讓人驚艷。如下圖：
圖1 三臺鋁型材表面處理電源設備曲線圖
如圖所示，這是我們客戶現場使用三臺著色電源進行著色的輸出曲線圖，三臺設備的電壓輸出曲線保持了驚人的一致，如果不是因為顏色的區分，幾乎看不出是三條曲線的重合。
目前，基于CAN網絡的組網方式在客戶現場已經得到了較好的應用。
3.2 基于以太網的組網方式
以太網在我們的生活中已經非常熟悉了，在工業應用中，也是如火如荼，使用以太網進行通信組網的優點非常明顯：
1） 組網簡單，一條網線，就能連接兩個設備，再加一個交換機，可以連接幾十臺設備。包括上位機，觸摸屏等各種控制終端。
2） 增減設備方便，直接插拔網線，就實現了設備的增減。
3） 速率高，一般都是10M/100M網，千兆以太網也應用得非常廣泛。
4） 目前應用的各種設備，幾乎都支持以太網的方式，并且協議也普遍都支持TCP/IP協議，所以該網絡應用十分廣泛。
目前我公司研發的以太網通信模塊，能和市場上絕大多數的控制器進行互聯，包括各種PLC，觸摸屏，組態軟件等。網絡圖如下：
圖2 網絡圖
控制系統的數據通過以太網傳送到上位機，實現了上位機監控系統對電源控制系統的連接。
圖3 上位機觸摸屏監控畫面1
圖4 鋁材表面處理電源設備上位機觸摸屏監控畫面2
4. 結束語
隨著單片機和網絡通信技術的不斷發展，如何在鋁型材表面處理電源控制系統中搭建一個簡單，高效而又符合未來發展趨勢的網絡通信架構，成為了電源控制系統設計的一個關鍵課題。未來的控制系統通信架構應當符合分布式，可擴展，拆裝方便，維護成本低的要求。本文通過對幾種常見網絡的比較分析，結合現場投運經驗，搭建了一個多臺設備的聯網平臺。期待能對電源控制系統的設計提供一些有益的借鑒。
本文對鋁型材表面處理電源控制系統網絡架構的研究和討論，實現了基于CAN總線和以太網聯網的鋁型材表面處理電源組網。在用戶的實際使用過程中，證明了該網絡通信架構的實用性和合理性。當然，技術的更新日新月異，我們期待能和大家共同學習，共同進步，為了國家鋁型材表面處理工業的發展，做出應有的貢獻。