我國是一個農(nóng)業(yè)、糧食生產(chǎn)及消費(fèi)大國。谷物是我們民族能夠生存和發(fā)展的必要條件。面粉加工業(yè)是與人類一同永存的。由于面粉加工業(yè)是糧食生產(chǎn)向人類消費(fèi)過渡的橋梁，是食品生產(chǎn)的原料工業(yè)和基礎(chǔ)工業(yè)，因此無論未來的科學(xué)技術(shù)如何先進(jìn)，都不能取消面粉加工業(yè)，而必須不斷地促進(jìn)其提高和發(fā)展。近年來，我國人民生活正在向富裕小康型過渡，國民對谷物產(chǎn)品的消費(fèi)已向優(yōu)質(zhì)化，功能化，綠色化方向發(fā)展。可以說，生產(chǎn)、開發(fā)適應(yīng)市場要求和人民消費(fèi)水平的谷物制品，是谷物加工業(yè)在新世紀(jì)內(nèi)肩負(fù)著的一項重要使命，面粉加工業(yè)更是任重道遠(yuǎn)。
面粉企業(yè)生產(chǎn)的面粉，其中一項很重要的質(zhì)量指標(biāo)就是面粉質(zhì)量的穩(wěn)定性，這就要求面粉企業(yè)對加工設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，生產(chǎn)的穩(wěn)定性有一個良好的把握，一個企業(yè)要想在激烈的行業(yè)競爭中取得一席之地，就必須用先進(jìn)的自動化控制技術(shù)來武裝自己。
目前，很多知名面粉企業(yè)都采用基于PC、PLC產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)（DCS），其主要特點之一是現(xiàn)場側(cè)設(shè)備與控制器之間的連接是一對一的連接方式，其傳輸信號為4-20mA（模擬量）或24V DC（開關(guān)量）。這種連接方式使設(shè)備與設(shè)備之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與外界之間很難進(jìn)行信息交流，在一定程度上成為“信息孤島”。隨著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的發(fā)展，總線控制技術(shù)的特點和優(yōu)勢越來越明顯，將WAGO現(xiàn)場總線產(chǎn)品應(yīng)用于面粉生產(chǎn)過程的自動化控制系統(tǒng)中，必將對面粉加工業(yè)的自動化水平產(chǎn)生巨大飛躍。
1. 現(xiàn)場總線
1.1 現(xiàn)場總線的特點
現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字化、實時、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它主要解決現(xiàn)場的智能化儀表，控制器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)字通信問題，以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。
現(xiàn)場總線的通信方式是使用一根通信電纜，將所有符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場設(shè)備及控制單元相互連接起來，以構(gòu)成設(shè)備級與車間級的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。
其主要特點為：
1.系統(tǒng)精度及可靠性高，系統(tǒng)集成大大簡化?？删S護(hù)性好，并能充分發(fā)揮現(xiàn)場智能型設(shè)備可數(shù)字式傳輸?shù)奶攸c。
2.功能分散，反應(yīng)速度提高，現(xiàn)場儀表具有高層次功能，某種程度上承擔(dān)了系統(tǒng)的控制功能。
3.通過增加本安物理通道，可應(yīng)用于危險區(qū)域。（本安防爆：本質(zhì)安全防爆技術(shù)，是一種以抑制電火花和熱效應(yīng)能量為防爆手段的“安全設(shè)計”技術(shù)）
4.現(xiàn)場儀表之間可以通信，實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的自律分散控制。
目前，國際電工委員會（IEC），認(rèn)定通過的8種現(xiàn)場總線為現(xiàn)行的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是：
①基金會現(xiàn)場總線 FF；②ControNET；③ Profibus；
④P-NET；⑤FF高速以太網(wǎng)HSE；⑥SwiftNET；⑦WorldFIP；⑧Interbus-S
2.2 DCS系統(tǒng)與FCS系統(tǒng)的比較
系統(tǒng)是一個大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)大，在系統(tǒng)中承擔(dān)著十分重要的作用，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大。而FCS系統(tǒng)將功能下放得較徹底，信息處理現(xiàn)代化。數(shù)字智能現(xiàn)場設(shè)備裝置的廣泛采用，使得控制器的功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低，可以邊用，邊擴(kuò)，邊投運(yùn)。
系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商，不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。
系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D的轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，就免去了D/A與A/D的轉(zhuǎn)換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期。目前，可以從DCS系統(tǒng)的每秒2~5次，提高到FCS系統(tǒng)的每秒10~20次，從而改善調(diào)節(jié)性能。
系統(tǒng)可以控制和監(jiān)控工藝全過程，對自身進(jìn)行診斷，維護(hù)和組態(tài)。但是，由于自身的致病弱點，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬信號，因此，它無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表（含變送器，執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷，維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全新數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置（含變送器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷，維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)的這一優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無法比擬的。
系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器，端子柜，I/O終端，I/O卡件，I/O文件及I/O柜，同時節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時也節(jié)省了設(shè)計，安裝和維護(hù)費(fèi)用 。
系統(tǒng)相對于DCS系統(tǒng)組態(tài)簡單，由于結(jié)構(gòu)，性能標(biāo)準(zhǔn)化，便于安裝，運(yùn)行，維護(hù)。
2．面粉廠的工藝特點及其控制要求
面粉生產(chǎn)過程是一個要求高度連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)過程。面粉生產(chǎn)的工藝流程復(fù)雜，一個完整的工藝一般包括原糧的接受、毛麥清理、二次著水、光麥清理、研磨、風(fēng)運(yùn)和篩理、面粉的后處理等工段；設(shè)備數(shù)量多，面粉生產(chǎn)過程中電機(jī)數(shù)量一般有一、二百臺，閘閥門、料位等現(xiàn)場檢測設(shè)備也有幾十到幾百個；設(shè)備布置分散，電機(jī)的分布既有集中又有分散，閘閥門、料位等又主要分布于距離總控室較遠(yuǎn)的倉上和倉下。面粉生產(chǎn)過程特別能夠體現(xiàn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的兩大優(yōu)勢，一是能節(jié)省大量的現(xiàn)場布線成本，二是因為它執(zhí)行的是雙向數(shù)字通信信號制，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、診斷和維護(hù)?；诿娣蹚S的工藝特點，對面粉生產(chǎn)自動控制的要求如下：
1.對面粉生產(chǎn)工藝流程的實時監(jiān)控，對面粉生產(chǎn)工藝設(shè)備和電機(jī)運(yùn)行情況以及各種現(xiàn)場檢測設(shè)備（裝置）的狀態(tài)實時地顯示和控制。
2.對各工藝段完成程序啟動，程序停止及故障檢測和處理。
3.對生產(chǎn)過程中的故障及現(xiàn)場檢測裝置的狀態(tài)實時檢測，記錄并產(chǎn)生報警輸出。
4.對毛麥秤，凈麥秤和面粉打包秤等生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集，并通過計算機(jī)的運(yùn)算處理形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的各種報告，曲線及趨勢圖。
3．WAGO現(xiàn)場總線產(chǎn)品構(gòu)成的面粉廠控制系統(tǒng)
3.1 主站的組成
采用OMRON公司的C200HG-CPU43型PLC，它由底板（3槽位），CPU主模塊，電源模塊（PA204），開關(guān)量I/O模塊，DeviceNet主站單元（C200HW-DRM21-V1），PLC編程軟件（CX—PROGRAMMER）和網(wǎng)絡(luò)配置軟件等組成。
3.2 從站的組成（WAGO-I/O-SYSTEM）
本系統(tǒng)根據(jù)工藝特點和控制要求，設(shè)立6個從站分別對各樓層電機(jī)、麥倉上下設(shè)備、粉倉上下設(shè)備進(jìn)行控制。
每個從站由適配器、輸入/輸出模塊及一個終端模塊三部分組成：
1、總線適配器為750—306型。它有8個DIP開關(guān)：前六個是負(fù)責(zé)從站編號的設(shè)定，6個二進(jìn)制數(shù)可以確定1到64共64個編號地址。后兩個是負(fù)責(zé)確定通訊速率。
2、輸入/輸出模塊選用了750-430（8點24VDC數(shù)字量輸入模塊）；750-530（8點24VDC數(shù)字量輸出模塊），750-402（4點24VDC數(shù)字量輸入模塊），750-516（4點24VDC數(shù)字量輸出模塊）。依據(jù)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，一個主站可帶64個從站。WAGO公司可提供具有控制功能和通訊功能的總線控制器及具有通訊功能的總線適配器。總線控制器在DeviceNet 系統(tǒng)中即可以作為主站也可以作為從站。在該項目中所選用的是DeviceNet 總線適配器，用于接收主站指令，按主站指令驅(qū)動I/O模塊，并將I/O數(shù)據(jù)及故障診斷等信息返回給主站。WAGO從站上的I/O地址是由主站統(tǒng)一定義的，這樣在主站編程時使用WAGO從站I/O與使用主站I/O就沒有區(qū)別了。 DeviceNet主站和WAGO從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是主站按照確定的傳遞順序自動進(jìn)行。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時，用戶對從站和主站的關(guān)系作出規(guī)定。確定哪些從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排在外。
3、終端模塊，終端模塊表示一個從站配置的結(jié)束。
3.3 系統(tǒng)的特點：
1、節(jié)約成本
采用WAGO現(xiàn)場總線產(chǎn)品構(gòu)成的面粉廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)可節(jié)省大量的導(dǎo)線、連接附件（包括接線端子、電纜橋架等）。將傳統(tǒng)集中控制系統(tǒng)中的幾百根甚至幾千根電纜減少到一根總線電纜。
減少了大量的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用，原來繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計變得簡單。良好的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使I/O模塊在拆卸的過程中可以不使用任何工具。強(qiáng)大的診斷功能使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)變得很輕松。
2．提高系統(tǒng)性能
WAGO現(xiàn)場總線產(chǎn)品具有可靠的數(shù)據(jù)傳輸、快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)、強(qiáng)大的抗干擾能力。采用數(shù)字信號通訊能有效地提高系統(tǒng)的測量和控制精度。各種開關(guān)量和模擬量信號就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，避免了信號的衰減和變形。
3．系統(tǒng)擴(kuò)展方便
采用現(xiàn)場總線方式，由于只需用一根電纜就可以將一些現(xiàn)場總線節(jié)點、智能設(shè)備等連接到主控單元。若要擴(kuò)展一個現(xiàn)場總線節(jié)點，只需將總線延伸，連接到這個節(jié)點即可，不會增加布線的煩惱和過高的費(fèi)用問題。
現(xiàn)場總線是工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的必由之路，較之與PLC系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)相比，F(xiàn)CS系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢。
現(xiàn)場總線將傳統(tǒng)的控制級與設(shè)備級兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化為現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，它包括多種不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它是一種開放、低價、高效和高可靠的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，是目前最先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且在工業(yè)控制中取得了廣泛的應(yīng)用。隨著計算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線將會得到更加長足的發(fā)展，我們可以做這樣的預(yù)測，不久的將來，完善的現(xiàn)場總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必將成為世界現(xiàn)場技術(shù)的主流，并推動面粉生產(chǎn)控制自動化水平的提高和發(fā)展。
