電解鋁槽控機通訊系統淺談

孟曉寶

摘 要：電解鋁槽控機的通訊系統采用光纖通信技術與CAN總線相結合的方法進行通訊，CAN是控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）的簡稱， 是ISO國際標準化的串行通信協議。以太網數據通訊具有抗干擾性強、擴展性好、通信準確、穩定、數據傳輸率高的性能。基于CAN轉以太網通訊解決了長距離通訊性能不穩定的問題，使控制平穩、提高控制質量，減少效應次數，使電流效率有較大的提升。

關鍵詞：CAN總線；槽控機；通訊故障

0 前言

目前，鋁電解生產系列均是以多臺串聯式直流鋁電解槽組成，每臺鋁電解槽配置一臺槽控機，鋁電解槽控機通訊系統采用先進的現場總線技術和網絡通信技術。將槽控機設計為多CPU網絡體系結構，按照采樣、操作、解析與顯示個數相對獨立的功能設計數個智能化的功能模塊（電路板），各模塊均有自己的CPU，可相對獨立的運行，并通過內部CAN總線網絡實現彼此間的數據交換和多CPU協同工作。

某鋁業公司電解槽槽控系統由槽控機、通訊設備、接口機、服務器、語音報警機等幾部分組成，鋁電解自動控制系統結構見圖1-1.在機房與現場之間，系統采用光纖進行數據傳遞，光纖通信技術與CAN總線相結合可以從根本上提高通訊的速度，從而實現對設備的實時控制，采用光纖傳輸，明顯降低信號的衰減程度，從而為提高信號質量通訊信號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是控制器局域網絡（Controller Area Network， CAN）的簡稱。CAN總線通訊和電流信號通訊，均并聯于總線上，適用于工業過程控制主設備和監控設備之間的互聯，信號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，會在總線上形成雜波，而電子器件對波形的識別是通過一定頻率的采樣， 也就是常說的積分或微分，然后變換成數字信號供計算機識別，這個波形的識別是在一定的 信號幅度上的，當雜波干擾過強或器件老化以后，其相位頻率差就出現了，造成采樣錯誤， CAN總線和電流總線上均可能出現這樣的情況，為避免因雜波干擾出現通訊故障影響生產，電解鋁槽控系統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場環境發生變化導致壓敏電阻的安裝位置需要調整或壓敏電阻損壞。

2 光纖通信技術

光纖通信技術（optical fiber communications是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質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。當今，光纖以其傳輸頻帶寬、抗干擾性高和信號衰減小，而遠優于電纜、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，構成光纖通信的基本物質要素是光纖、光源和光檢測器。在發送端首先要把傳送的信息（如話音）變成電信號，然后調制到激光器發出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復原信息.

3 鋁電解槽控機通訊

某鋁業公司在現場將CAN-BUS信號轉換為以太網通訊方式，通過光纜送入控制室，再通過光電收發器和交換機和管理機通訊。系統采用高性能工業級CAN轉以太網的數據轉換設備，內部集成2路CAN總線接口、1路以太網接口，自帶成熟穩定的TCP/IP協議棧，建立CAN-以太網兩層網絡架構，實現遠程控制，

這樣做解決了采用“局域網—生產監控—槽控機”三級網絡分布式控制結構，控制系統由安裝在原料生產現場的槽控機（控制級）和安裝在計算機站的管理機（生產監控管理級）以及安裝在原料車間區長室內的原料車間工作站組成。每個工區內的槽控機采用CAN-BUS網絡總線連接，每個區的CAN-BUS在車間進行光電轉換，送入控制室信號分配柜進行光電轉換后，再送入管理機中的PC-CAN通訊卡上進行數據轉換導致的隨著系列電解槽數的增加和槽型的加大，每個工區到控制室的通訊距離相對的增加，CAN-BUS總線的傳輸距離和傳輸速度會受到制約，同時位于管理機中的PC-CAN通訊卡由于是非標產品，隨著后期工控機性能升級和內部結構變化，安裝和維護相對較麻煩的缺點。

4 通訊故障類型

接口機、槽控機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、工區無通訊等，發生通訊故障直接影響到了參數下發、語音報警、數據采集與匯總、報表生成等一系列問題，對生產造成嚴重影響。當部分車間、工區、單槽發生無通訊故障時，監控系統無法實時對生產數據及控制參數進行采集，更不能保證對生產進行有效的調整和控制。

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

為避免出現上述類型通訊故障需將服務器及交換機等設備安裝在陰涼干燥的機房當中，當接口機與槽控機通訊頻率設定在適當范圍內，可以保證槽控機與接口機正常的通訊，定期查看光纖收發器的信號是否正常，檢查通訊轉換模塊信號是否正常，在確保槽控機的BCD地址碼設置正確后嚴禁他人隨意改動。

5 結論

鋁電解槽控機通訊系統是鋁電解生產的核心，只有保證通訊系統的正常才能保證平穩生產，才能保證鋁電解實現自動控制，能夠有效的降低電解工的勞動強度。