淺談現場總線技術的應用及發(fā)展

魏新文

摘要：文章結合現場總線技術的實踐，通過了解現場總線技術的發(fā)展和功能，為公司現場總線技術的使用提供一些參考依據。

關鍵詞：現場總線技術；發(fā)展；功能；應用

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）17-0052-02

20世紀80年代發(fā)展起來的現場總線是指以工廠內的測量儀表和控制機器間的通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制網絡。通過控制信息的通訊，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化的自動化控制系統。

1現場總線技術的實踐

我公司選礦廠通過變頻器控制新廠球磨機的給礦量時，由于當班操作人員較少，球磨系統操作點分散，給礦量在一定時間內無法穩(wěn)定控制在一定范圍內。當給礦量過小時，造成球磨機輕載運轉，原礦處理耗時又耗工，工作效率極為低下，從而造成能源和生產成本的浪費；而給礦量過大時，尾礦漿處理不及時，達不到現有的環(huán)保要求，選礦廠將被迫進行停產整頓，其造成的損失將無法估量。

針對上述狀況，根據選礦廠工藝要求的原礦及尾礦漿的處理量，利用現場總線控制技術，選礦廠引進一些硬件設備及軟件系統對球磨每半小時給礦量實行匯總及實時監(jiān)控，以實時管理及控制球磨給礦量。

具體控制程序圖如圖1所示。

考慮現階段選礦廠的實際生產狀況，此次技改實現了給礦量的半自動化閉環(huán)控制，從“數據表格形成”到控制“現場感應源”這一反饋控制環(huán)節(jié)還沿用了一些人工控制環(huán)節(jié)，但已成功地達到我們的給礦量控制要求，實現了現場控制信息及管理信息的有效化管理，使選礦生產保持連續(xù)、穩(wěn)定、高效運轉。

2現場總線技術的發(fā)展

隨著工業(yè)控制系統從最初的人工化控制走向自動化控制，從單向、開環(huán)控制到多向、閉環(huán)控制；并伴隨著現代電子技術、計算機技術及通信技術的逐漸成熟，現場總線控制系統從分層控制系統、集散控制系統發(fā)展為多向的、集成化的自動化控制系統。

早期集散控制系統是以微處理器為基礎，依據分而自治和綜合協調的設計原則，通過基本控制單元、操作者接口、過程輸入接口、過程輸出接口等功能模塊達到集中管理和分散控制的控制系統。其基本特點就是分級遞階的分布式結構，分級遞階控制和分散控制貫穿在整個集散控制系統中，通過優(yōu)化控制管理級和過程控制級來達到遞階控制的目的。集散控制系統在一定程度上已完全可達到集中管理和分散控制的目的，但隨著現代工業(yè)的極速發(fā)展，其最致命的缺陷便爆發(fā)出來，由于數據傳輸采用模擬信號，其動作的反應速度及信息的及時傳遞會有所滯后（如緊急停車時反應速度過慢，其造成的損失將無法估量），且其實現控制的成本資金需求較大，推廣起來將存在較大的難度。

隨著現代科技快速發(fā)展，通信的數字化程度越來越高，計算機系統與通信系統性能得到了大幅提高。計算機技術和通信技術通過相互結合、相互滲透，形成一個穩(wěn)定、快速的傳輸通道，將其與現場的傳感器、智能儀表、各種操作終端和控制器聯結起來，便形成了一個現場網絡，即現場總線控制網絡。其通過相互間資源共享和協同處理，使得現場的分布式控制能更加靈活、開放式地執(zhí)行。由于計算機系統極好的可開發(fā)性和數字通信系統的快捷、準確，現場控制設備的資源共享和協調合作有了良好的合作基礎，它便很好地解決了集散控制系統所遺留的問題，實現了現場信息可靠、快速的傳遞，實時、精準、有效地解決現場控制出現的問題，為現代工業(yè)自動化控制提供了安全的操作模式。

3現場總線技術的功能及應用前景

現場總線作為一種生產現場應用的，在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節(jié)點數字通信的底層控制系統，其形成了工廠底層網絡，完成現場控制設備之間的多點數字通信，實現現場各個控制設備之間、生產現場與外界的信息交換。現場總線技術主要目的是實現現場設備及現場控制過程的管理，過程管理和設備管理是現場總線技術的主要內容；對于現場總線工業(yè)系統，不僅需要管理控制設備信息，還需要管理信息。通過現場總線可實現一個企業(yè)的信息集成，實施管理與現場控制綜合自動化。

在現場總線的組成結構中，智能儀表是現場設備管理的基礎，起著不可或缺的作用，其在一定程度上已完全體現了現場總線技術的功能：

①智能儀表可以輸入輸出數據，完成信號的轉換，結合預定的規(guī)律進行一定的計算和處理，實現信息處理的現場化，達到控制部分現場設備的目的。

②智能儀表的傳輸信號已由模擬信號改為數字信號。過去儀表采用模擬信號，通過電流將信息遠距離傳送應用于工業(yè)生產現場和控制室之間，而電壓傳遞同一信息應用于控制室和并聯的多個儀表中，在電流及電壓信號的傳輸中，最可怕的是信號衰減的不可預估性，為信號的準確傳輸留下致命的缺陷；而逐漸取代模擬信號的數字信號傳送的是數據的開關量，其不存在信號的衰減，從而為信號的遠距離精確傳送提供了堅實的基礎。

③智能儀表具有強大的自診斷能力，可以及時指示和預測故障，完成預防性維護工作，具有更高的可靠性、互操作性、安全防爆性。

在其它組成結構中，通信系統作為信號聯結的樞紐，為信息交換提供了保障，而計算機管理軟件則充分發(fā)揮智能儀表的診斷能力，通過一系列的組態(tài)、分析、診斷，達到提高現場生產管理水平和生產效益的目的。

總而言之，從技術角度上來講，現場總線技術有著較強的開放性、互操作性和互用性，在設備方面，智能化和功能自治性較為顯著，在系統結構方面，高度分散性以及有效適應現場環(huán)境則是它的特點。因為這些特點的存在，應用現場總線技術具有一系列的優(yōu)勢，硬件數量和投資可以得到合理安排，在一定程度上節(jié)約了安裝和維護開銷的費用，系統的準確性和可靠性程度較高等。

通過球磨給礦量控制的實踐、公司各生產調度點的視頻辦公、公司即將推行的“無紙化辦公”等應用可知：現階段，隨著智能儀表、計算機系統、通信系統的日趨成熟，現場總線技術得到了迅速發(fā)展，其所涉及的應用領域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領域，如過程自動化、工業(yè)自動化控制、辦公自動化等。現場總線技術在我公司的應用將會越來越普及，其將充分運用于現場設備控制及現場生產管理中，不僅大幅提高工業(yè)自動控制系統的準確性和可靠性，節(jié)約大量的安裝費用和維護開銷，并為企業(yè)的生產管理提供精準的數據分析，為生產成本的大幅縮減提供了理論依據和實踐基礎。

4結語

總體說來，現場總線技術的興起，開辟了工廠底層網絡的新天地，它將促進企業(yè)網絡的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來新的效益。隨著時代的發(fā)展，現場總線技術有機結合了電子技術、通信技術以及智能儀表技術，其在現場管理和現場工業(yè)過程控制中將具有更明顯的優(yōu)勢，可使公司獲得更快的發(fā)展和進步，因而現場總線技術在企業(yè)將得到越來越廣泛的應用，并推動自動化相關行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 柴郁,李斌.現場總線技術的發(fā)展及應用展望[J].儀表技術,2001,(2).