現(xiàn)場(chǎng)總線在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

張志斌

摘 要：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是現(xiàn)代自動(dòng)化領(lǐng)域中最為重要的技術(shù)之一，這種技術(shù)的出現(xiàn)不僅徹底改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也大大推動(dòng)了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，而在工業(yè)領(lǐng)域中，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)成了當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的主要發(fā)展方向，相比于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無(wú)論是生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率還是穩(wěn)定性、可靠性都體現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)。為此，該文現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)其在汽車制造、礦井監(jiān)控等諸多工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化；現(xiàn)場(chǎng)總線；自動(dòng)控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

從目前來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)憑借著其在高精度、分散化等方面的顯著特點(diǎn)已經(jīng)引起了人們的高度重視，尤其是在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)更是為很多行業(yè)的生產(chǎn)提供了巨大幫助，因此，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用研究是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述

1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的概念

現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是利用電線、光纜、無(wú)線電等各種介質(zhì)在現(xiàn)場(chǎng)電器、儀表、設(shè)備以及主機(jī)系統(tǒng)間構(gòu)成一個(gè)雙向、多站、數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)據(jù)信息交換。而從另一角度來(lái)看，我們也可以將現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單理解為應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)的總線技術(shù)，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線無(wú)須采用并聯(lián)式的接線方式的接線方式來(lái)將整個(gè)通信系統(tǒng)的導(dǎo)線合并在一起，而是只需通過(guò)一根導(dǎo)線即可完成對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接，并為數(shù)據(jù)、信號(hào)的傳輸提供支持，而這根導(dǎo)線自然也就被稱為總線。另外由于這種總線技術(shù)通常只用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信，因此被簡(jiǎn)稱為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)

從原理上來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)總線之所以能夠通過(guò)一根導(dǎo)線將所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，主要是由于其采用串行的方式對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中并聯(lián)信號(hào)傳輸連接進(jìn)行了替換，因此與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在很多方面也都具有比較突出的特點(diǎn)。首先，基于串行的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸與連接方式，現(xiàn)場(chǎng)總線在布線方式上做出了很大的改變，不僅采用了雙絞線，同時(shí)還直接選擇信號(hào)線來(lái)加載電源，因此無(wú)論是布線還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是比較簡(jiǎn)單、直觀的。其次，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表能夠與不同的控制系統(tǒng)建立連接，在系統(tǒng)開發(fā)上也不具備太高的約束與要求，因此其成本較低、開放程度則比較高。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)控制或采集工作，因此其對(duì)于數(shù)據(jù)可靠性、完整性、傳輸速率以及傳輸效率等都有著較高的要求，而為了滿足要這一要求，現(xiàn)場(chǎng)總線通常都會(huì)具備故障的自我診斷與自我處理功能，再加上其本身良好的抗干擾能力，因此其可靠性與實(shí)時(shí)性是比較突出的。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在重型汽車的驅(qū)動(dòng)橋殼生產(chǎn)商。一般來(lái)說(shuō)，重型汽車的驅(qū)動(dòng)橋殼在現(xiàn)代化生產(chǎn)中需要依靠工業(yè)機(jī)器人、伺服啟動(dòng)器、變頻器等一系列設(shè)備來(lái)完成，而這些設(shè)備則需要由基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制。這類現(xiàn)場(chǎng)總線不僅能夠在各個(gè)加工設(shè)備間實(shí)現(xiàn)通信連接，同時(shí)還能夠?qū)⒃O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、維護(hù)信息等數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，為后期的運(yùn)行維護(hù)工作提供有效的數(shù)據(jù)信息支持，對(duì)于驅(qū)動(dòng)橋殼全生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制都是十分有力的。另外，應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)橋殼的現(xiàn)場(chǎng)總線還具有效率高、精度高、系統(tǒng)簡(jiǎn)、節(jié)省成本等特點(diǎn)，在目前的重型汽車生產(chǎn)中具有十分廣泛的應(yīng)用。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵，也逐漸被應(yīng)用到了發(fā)電領(lǐng)域之中，而PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線則正是其中應(yīng)用最為廣泛的一種。基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化控制系統(tǒng)通常被用于發(fā)電機(jī)組的主輔控車間，對(duì)DCS、監(jiān)控設(shè)備和故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行控制，其本身強(qiáng)大的抗干擾能力與故障處理能力能夠充分滿足發(fā)電廠各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在可靠性方面的要求，而與傳統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)相比，其在控制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新也能夠?yàn)榉稚⒒陌l(fā)電設(shè)備控制提供支持，因此這種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)得到了我國(guó)很多大型發(fā)電廠的應(yīng)用。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線在水泥生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用

近年來(lái)我國(guó)各領(lǐng)域工程建設(shè)的規(guī)模都不斷擴(kuò)大，而水泥生產(chǎn)企業(yè)也隨著水泥需求量的提升向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，在這一過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)總線工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，也得到了較為廣泛的應(yīng)用。從目前來(lái)看，水泥生產(chǎn)中的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要集中在設(shè)備監(jiān)控、故障監(jiān)測(cè)等方面，一般都是利用光纜對(duì)中央控制站與現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行連接，之后由控制器經(jīng)過(guò)耦合器與現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，從而實(shí)現(xiàn)耦合器與現(xiàn)場(chǎng)儀表間的通信，為設(shè)備參數(shù)監(jiān)控提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)的模擬控制模式相比，這種自動(dòng)化控制模式更加快捷、方便，同時(shí)線纜費(fèi)用、維護(hù)成本以及生產(chǎn)效率方面也具有很大的優(yōu)勢(shì)。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制領(lǐng)域的應(yīng)用

鍋爐在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是十分廣泛的，要想保證鍋爐機(jī)組的高效可靠運(yùn)行，同樣需要依靠自動(dòng)化控制系統(tǒng)。從目前來(lái)看，常見的鍋爐控制系統(tǒng)有過(guò)程控制系統(tǒng)與輔機(jī)控制系統(tǒng)2種，其中過(guò)程控制系統(tǒng)正是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，這類鍋爐控制系統(tǒng)一般都會(huì)采用先進(jìn)的編程軟件監(jiān)控軟件來(lái)用于實(shí)現(xiàn)鍋爐監(jiān)控功能，并通過(guò)操作員站和工程師站來(lái)對(duì)鍋爐機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，而現(xiàn)場(chǎng)控制器與操作員站、工程師站間的通信則是利用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)進(jìn)行連接的。另外，為保證系統(tǒng)的可靠性，鍋爐過(guò)程控制系統(tǒng)通常還會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上采取冗余設(shè)計(jì)，從而避免因網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而影響系統(tǒng)通信。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線在礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來(lái)，礦井安全事故在我國(guó)頻頻發(fā)生，而為了保證礦井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全，很多礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)也都利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)建立礦井監(jiān)控系統(tǒng)，象煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)等。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，這類礦井監(jiān)控系統(tǒng)主要可分為上位機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制主站、從站以及其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備幾部分，通過(guò)通信模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制主站間通信連接的建立來(lái)構(gòu)建以實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，并利用PLC裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，在驅(qū)動(dòng)程序控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)后，礦井下的各類數(shù)據(jù)參數(shù)會(huì)經(jīng)軟件運(yùn)行后動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)，同時(shí)反饋給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備并進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)節(jié)，這樣在實(shí)現(xiàn)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間通信的同時(shí)，系統(tǒng)也能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在可靠性、實(shí)時(shí)性、布線方式等方面的優(yōu)勢(shì)使其在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中具有非常高的應(yīng)用價(jià)值，而隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)其在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用領(lǐng)域還將更加廣泛。

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