工业实时以太网(EPA)在陶瓷压机上的应用

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摘要：本文主要介绍了EPA在陶瓷压机上的应用，并使用先进的嵌入式控制系统与分布式设计相结合的方式进行控制，从而实现了对陶机设备参数的实时采集、实时处理、远程诊断、控制、系统柔性管理等功能，满足了陶瓷机械设备用户个性化配置的需求。

关键词：陶瓷压机；EPA；嵌入式系统；分布式设计

1 前言

目前陶瓷压机运用EPA网络集散控制系统可以最大限度地提高其运行安全可靠性，减少控制器响应时间，保证信号实时无衰减的输送，也便于设备维护，提供最大数量设备单元网络拓补，从而达到提高经济效益的目的。设备采用可编程计算机控制器（Programmable Computer Control，简称PCC），它具有开放性好、速度快、运算能力强、实时性好、编程语言丰富、功能强大、抗恶劣环境等特性，能很好地解决陶瓷设备的安全、可靠、可扩展性、便利维护、经济等问题。

随着工业以太网技术、现场总线技术、信息技术的飞速发展以及日益成熟，网络的应用可以让高层管理人员不用去车间就能直接获得工业现场的数据信息，从而实现工厂管理与生产现场的无缝集成。根据陶瓷生产线的特点，设计了基于EPA网络和现场总线的陶瓷设备控制系统的整体解决方案。本文以科达陶瓷压机的控制系统为例，介绍了基于工业PCC、EPA工业以太网络、变频器通讯、现场总线单元的陶瓷压机自动控制系统的实现，同时支持EtherNet、Profibus、CANopen、DeviceNet、SERCOS、Modbus、RS232/485、Lightbus等多种协议设备的链接。工业PCC通过EPA工业以太网络与现场控制设备建立通信，实现实时数据采集和对设备的自动控制。

2 陶瓷压机结构及工作原理

2.1陶瓷压机的结构

陶瓷压砖机是一种用来生产建筑用瓷砖的机械设备，根据所生产的瓷砖大小及种类的不同，压机也分为不同的型号，一般是用压机主油缸的压制吨位来区分，例如笔者公司的压机，就分为KD1300、KD1800、KD2100、KD3200、KD3800、KD7800等。尽管型号上有差异，但在结构和工作原理上基本相同，本文主要以KD3800压机进行阐述。

陶瓷压机主要由泵站、横梁、顶出三部分组成。细分到阀组，可以分为五个部分：泵站阀组、气动阀组、横梁阀组、加压阀组、顶出阀组，如图1所示。

2.2陶瓷压机的工作原理

泵站阀组和气动阀组为压机的运动部件，为活塞等提供动力，当压机的前一道工序料车将粉料填入模具之后，横梁阀组控制横梁将粉料压实；随后加压阀组进一步对粉料进行加压，根据工艺要求加压到一定的压力；保压相应的时间后，横梁阀组再次将横梁提升，同时顶出阀组控制顶出机构，将成形的砖坯顶出模腔：随后由料车将砖坯推出工作位，并对模腔进行填料，从而进入下一个循环。

3 基于EPA的陶瓷压机分布式控制系统

原有的陶瓷压机是以传统的PLC连接实现控制，具体方式如图2所示。传统的PLC控制方式，安装IO模块的控制柜与各现场执行机构的距离较远，在现场布线时往往显得杂乱无章，客户很不满意，机器美观很受影响。再者陶瓷厂生产环境中的粉尘非常多，现场生产条件相对较差，控制柜与现场过长过多的走线混在一起，会使故障点增多，不便于现场维护。

2007年11月，EPA（Ethernet for Plant Automation）实时以太网，被IEC（国际电工委员会）接收为现场总线国际标准，epa是在自动化领域由我国完全拥有自主知识产权的第一个也是唯一的国际标准。EPA被为第14类型TYPE14现场总线国际标准（IEC 61158-3-14），可适用于不同应用场合的现场总线国际标准之一。其结构如图3所示。

工业以太网（EPA）现场总线控制系统中每一个设备均具有独立的控制功能，通过软件统一组态后，可将控制任务分散到不同设备中，形成全分布式控制，由主干网络的主控器管理相应扩展网络的从设备，人机界面软件或本地监控触摸屏直接访问主控器即可实现对主控器及其从设备的监控。而从设备也可以全部或部分作为主控器的扩展I/O，由主控器完成控制，实现传统集中式PLC系统的功能。实现传统集中式PLC系统的应用情况如图4所示。

将现场的各模块如图4连接后，便可以利用软件对其进行硬件组态，首先将装有组态软件的电脑与控制器相连，接着点击“硬件扫描”，软件便会自动地将所有连接好的硬件模块顺利地扫描：然后再对各个不同的组进行命名，方便以后的操作与维护做到一目了然：然后将扫描好的各硬件上的输入、输出点与事先编好的变量进行一一链接，为下一步做好准备工作。

编程语言一般有五种：顺序功能图（Sequential Func-tion Chart）、梯形图（Ladder Diagram）、功能块图（Function Block Diagram）、指令表（Instruction List）和结构文本（Structured Text）。其中，顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）是图形编程语言；指令表（IL）和结构文本（sT）是文字语言。可以根据自己的喜好与编写的方便进行选择。图5是程序编写的结构与具体程序的一部分。

4 结论

本文通过对传统PLC控制与EPA分布式控制系统的比较，可以看出EPA分布式控制系统具有以下优势：

（1）现场各控制点的模块实施就近安装，使机器外观更加美观、结构更加紧凑；

（2）各现场控制模块之间由EPA现场总线来进行连接，如此大大减少了现场电线的数量，使得故障更少，维护更方便；

（3）由于EPA的先天优势，可以将现场的控制器做为因特网上的一个站点，通过互联网直接连接，可以很方便地实现工程师对现场设置的远程维护，大大节约了时间、降低了生产成本。

笔者现场实现了PCC控制系统实时对现场单元模拟量输入、输出/数字量输入、输出功能，包括对温度、位移、转速等物理量的数据采集及控制。数据传输速率在10m/s以上，通讯响应时间均小于1ms，支持IEC6L131-3组态编程，搭建一个完备的网络连接，成功实现EPA网络协议标准在陶瓷压机设备上的应用。