現(xiàn)場總線在給排水工程中的應(yīng)用

【摘 要】本文介紹了現(xiàn)場總線的概念及主要特點，對總線技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用進行了探討。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場總線；可編程控制器；水處理行業(yè)

1、現(xiàn)場總線的概念

國際電工委員會IEC61158對現(xiàn)場總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通訊的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。現(xiàn)場總線是一種用于底層工業(yè)控制和測量設(shè)備，如變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。

對現(xiàn)場總線的概念的理解和解釋還存在一些不同的表述。例如，現(xiàn)場總線一般是指“一種用于連接現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器及像PLC、調(diào)節(jié)器、驅(qū)動控制器等現(xiàn)場控制的網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了生產(chǎn)過程領(lǐng)域的基本控制設(shè)備之間以及更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備之間的聯(lián)系：現(xiàn)場總線是連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場裝置的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成；現(xiàn)場總線是從控制室連接到現(xiàn)場設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線：在自動化領(lǐng)域，“現(xiàn)場總線”一詞是指安裝在現(xiàn)場的計算機、控制器以及生產(chǎn)設(shè)備等連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)通信、形成開放型測控網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)，是自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)，是網(wǎng)絡(luò)集成的測控系統(tǒng)。

2、現(xiàn)場總線的組成與體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場總線技術(shù)包括三個部分：1）物理層；2）通訊棧；3）用戶層

和計算機系統(tǒng)一樣，現(xiàn)場總線系統(tǒng)也是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括通信線、連接在通信線上的設(shè)備。軟件包括：組態(tài)工具軟件、組態(tài)通信軟件、控制器編程軟件、用戶程序軟件、設(shè)備接口通信軟件、設(shè)備功能軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件。

3、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的。由于現(xiàn)場總線所具有的本質(zhì)技術(shù)特點和一系列優(yōu)點及其所呈現(xiàn)的極為誘人的發(fā)展前景，也由于在現(xiàn)場總線的生產(chǎn)和發(fā)展過程中人們對現(xiàn)場總線的理解有所不同，現(xiàn)場總線出現(xiàn)了雜亂紛呈的局面。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國際上有40多種現(xiàn)場總線。目前國際通用標(biāo)準(zhǔn)IEC61158共有三個不同版本。此外還有IEC62026、ISO11898及ISO1519。

中國現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化工作的現(xiàn)狀：對國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的文本結(jié)構(gòu)作適當(dāng)調(diào)整，形成多種總線的標(biāo)準(zhǔn)文本，并根據(jù)中國用戶應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)的需要建立相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2001年，中國將FF、PROFIBUS、HART等立項為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)已于2001年11月批準(zhǔn)為中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4、現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)點

1）節(jié)省硬件成本

現(xiàn)場總線使用標(biāo)準(zhǔn)功能塊完全控制策略。功能塊是標(biāo)準(zhǔn)的自動化函數(shù)。許多控制系統(tǒng)功能塊，諸如模擬輸入、模擬輸出、PID控制等功能都可以通過使用功能塊由現(xiàn)場設(shè)備完成。以模塊為基礎(chǔ)，設(shè)計一致的功能塊，使來自不同廠家的設(shè)備可以無縫的集成在一起。

2）設(shè)計組態(tài)安裝調(diào)試簡便

現(xiàn)場總線允許多臺設(shè)備掛接在一對電纜上。這樣可以減少電纜、安全柵和安裝盒。

3）系統(tǒng)的安全可靠性好，減少故障停機時間

在傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)中，除了過程參數(shù)外沒有更多的有用信息。在基金會現(xiàn)場總線中，由于采用了數(shù)字通訊，信息量大大增加。除此之外，現(xiàn)場總線提高了精度，減少了失真（不需A/D和D/A轉(zhuǎn)換），使控制更為可靠?？刂品植荚诂F(xiàn)場設(shè)備中，提高控制質(zhì)量?，F(xiàn)場總線允許從變送器中傳送多個變量到系統(tǒng)中來，進行諸如存檔、趨勢分析、過程優(yōu)化、產(chǎn)生報表等。高精度、不失真的數(shù)字通訊特點可以提高控制能力，因而提高產(chǎn)量。帶有微處理器的現(xiàn)場總線設(shè)備具有自診斷和通訊能力，因而減少了系統(tǒng)停車時間，提高了工廠安全。一旦發(fā)現(xiàn)不正常情況或設(shè)備需要預(yù)維護，操作工和維修人員會被通知，從而采取及時正確的行動。

4）系統(tǒng)維護設(shè)備更換和系統(tǒng)擴充方便

5）用戶對系統(tǒng)配置設(shè)備選型有最大的自主權(quán)

現(xiàn)場總線是開放的協(xié)議，這意味著來自不同生產(chǎn)廠家的經(jīng)過基金會認(rèn)證的設(shè)備互可操作，在同一系統(tǒng)中，不依賴某一個廠商，而又可運行多種設(shè)備，同時沒有任何功能喪失。

6）完善了企業(yè)信息系統(tǒng)為實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化提供了基礎(chǔ)。

5、現(xiàn)場總線在水行業(yè)中的應(yīng)用

由于水資源的緊張及環(huán)保意識的提高，給水工程及污水處理工程已經(jīng)成為新興的重要行業(yè)。尤其是污水處理工程，目前國內(nèi)外許多有實力的公司開始在國內(nèi)投資建設(shè)污水處理廠。企業(yè)目的是為了少投入，多贏利，因此企業(yè)會根據(jù)不同地點、不同水質(zhì)采用不同的水處理工藝。而先進的工藝都離不開先進的電氣自動化設(shè)備，因此自動化的先進程度很大程度上決定了工藝能否順利運行，也決定了水廠日后的運行費用，同時也決定了投資成本的回收期限。自控產(chǎn)品的快速發(fā)展使各種復(fù)雜的水處理工藝得以實現(xiàn)，根據(jù)污水處理的所采用的工藝不同，其自動化的復(fù)雜程度也不同現(xiàn)場總線促使現(xiàn)行的現(xiàn)場設(shè)備和儀表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大變革?，F(xiàn)場總線把自動控制系統(tǒng)和設(shè)備帶進了信息網(wǎng)絡(luò)之中，形成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層從而為實現(xiàn)企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動化提供了可行的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的信號制將由4-20mA模擬信號制轉(zhuǎn)換為雙向數(shù)字通信的現(xiàn)場總線信號制。

在我院設(shè)計的“大慶市西城區(qū)污水處理廠”工程設(shè)計中，部分控制系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線。如污泥脫水系統(tǒng)及曝氣系統(tǒng)的高速離心風(fēng)機采用了現(xiàn)場總線的通訊方式，目前看來，無論是通訊速率，還是可靠性都充分顯示了現(xiàn)場總線的優(yōu)越性。

6、結(jié)束語

現(xiàn)場總線在水處理行業(yè)的應(yīng)用，目前還處于嘗試階段，為形成主流。水處理中的主要設(shè)備有水泵、風(fēng)機及閥門，電壓等級為10KV和0.4KV。10KV設(shè)備保護主要采用綜合保護器，目前的保護器均有自己的通訊協(xié)議，并且水廠內(nèi)不同廠家提供的設(shè)備不能采用統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)。因此，整個控制系統(tǒng)不能完全做到兼容。但隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，將會有更多的廠家采用標(biāo)準(zhǔn)的總線通訊協(xié)議，那時，現(xiàn)場總線會使水廠真正實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化、分布化、數(shù)字化。

參考文獻

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