基于現(xiàn)場總線的電氣自動化設(shè)備管理系統(tǒng)

摘要：現(xiàn)場總線（FCS）用于控制設(shè)備和上層自動化控制設(shè)備之間雙向串行鏈路的連接，因其具有現(xiàn)場信息豐富、數(shù)字傳輸準(zhǔn)確以及結(jié)構(gòu)布線簡單等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制中。本文就現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）中Profibus-DP總線工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)綜合自動化和現(xiàn)場工藝設(shè)備智能化創(chuàng)造了有利的條件。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線 FCS 電氣自動化 設(shè)備管理系統(tǒng)

1 概述

隨著我國電氣自動化技術(shù)不斷發(fā)展，在結(jié)合計算機技術(shù)、電氣工程技術(shù)以及通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，一種用于工廠自動化車間監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)運而生，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的Profibus-DP總線技術(shù)。該技術(shù)可以嚴(yán)格的控制現(xiàn)場設(shè)備和車間層的通信網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)現(xiàn)場電氣設(shè)備智能化、自動化的綜合管理。

2 現(xiàn)場總線概述以及工藝設(shè)備分類

2.1 現(xiàn)場總線 FCS現(xiàn)場總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，因其具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、環(huán)境的適應(yīng)性、現(xiàn)場設(shè)備的智能性、網(wǎng)絡(luò)的開放性以及互可操作性與互用性，在工業(yè)生產(chǎn)自動化控制設(shè)備管理中得到了廣泛的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)省了維護(hù)開銷，為用戶提供了更加靈活的系統(tǒng)集成主動權(quán)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)場總線使自動化電控設(shè)備與系統(tǒng)逐漸步入了信息網(wǎng)絡(luò)行列，取代了之前在工業(yè)中廣泛使用的DCS集散控制系統(tǒng)，為其應(yīng)用開拓了更加廣闊的市場空間。FCS現(xiàn)場總線具有較多的國際標(biāo)準(zhǔn)，Profibus-DP總線技術(shù)就是其中一種，這是一種控制與管理自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信的現(xiàn)場總線技術(shù)，因其具有高速、低成本等特點在工廠現(xiàn)場總線技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場工藝設(shè)備智能化提供了強有力的保證，促進(jìn)了電氣自動化設(shè)備系統(tǒng)管理水平的提升。

2.2 工藝設(shè)備分類 本文所涉及到的工藝設(shè)備大致分為三類，一是起停控制設(shè)備，比如攪拌電機、皮帶運輸機等。該類設(shè)備控制的最終目標(biāo)在于確保開停車的正常順序，以及非正常狀況下的連鎖停車。二是調(diào)速控制設(shè)備，比如給料機、泵類等設(shè)備。此類設(shè)備主要是對流量、壓力、液位等進(jìn)行閉環(huán)控制，使設(shè)備的運作狀態(tài)始終保持穩(wěn)定和安全。另外一類是自成系統(tǒng)的設(shè)備，如破碎機、陶瓷過濾機等。這一類設(shè)備往往用于信息的監(jiān)測，以及少量的控制。在前兩類設(shè)備中，往往需要連接相應(yīng)的控制器，在PLC通過DP總線發(fā)出的指令被這些控制器接收的同時，控制器又將設(shè)備運轉(zhuǎn)和出現(xiàn)故障的信息反饋給PLC，這些狀態(tài)往往在上位機上顯示出來。通過上位機顯示的數(shù)據(jù)信息分析，可以實現(xiàn)工廠電氣自動化設(shè)備管理控制系統(tǒng)。

3 設(shè)備控制與管理

3.1 現(xiàn)場設(shè)備與控制器 現(xiàn)場設(shè)備往往有兩種電氣控制方式，即就地與總線。就地控制是動力站控制器接收到起停按鈕或者頻率給定裝置發(fā)出的信號后，對現(xiàn)場設(shè)備起停進(jìn)行控制?？偩€控制是DP總線接收到上位機傳送給PLC的指令后對現(xiàn)場設(shè)備的起停進(jìn)行控制。在就地與總線切換的過程中，若要保證現(xiàn)場設(shè)備運行穩(wěn)定或者保持原有狀態(tài)，實現(xiàn)自動化電控設(shè)備管理控制系統(tǒng)，就需要保證兩者切換時運行頻率不變，即無擾切換。

3.2 控制器與PLC 為了更好的實現(xiàn)總線控制，往往需要對控制器的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置。除了基本的電流電壓、頻率、總線地址外，不同的控制器需要設(shè)置不同的參數(shù)。比如變頻器需要設(shè)置起停模式，加速減速時間、信號和頻率源等；馬達(dá)保護(hù)器需要設(shè)置操行模式、保護(hù)設(shè)置以及控制設(shè)置等。為了對不同控制方式的設(shè)備進(jìn)行管理，往往需要在PLC中統(tǒng)一設(shè)置設(shè)備控制變量，如設(shè)備控制類型、狀態(tài)字、頻率設(shè)定與反饋、故障代碼等。其中設(shè)備控制類型是對各控制器控制的信息進(jìn)行顯示；狀態(tài)字主要指就地/總線、運行過/停止、合閘/分閘等。故障代碼是PLC通過DP獲得故障代碼后，對現(xiàn)場裝置進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷，及時找出故障原因并進(jìn)行排除。

3.3 PLC與上位機 PLC與上位機的通訊需要按照相應(yīng)的時間比進(jìn)行進(jìn)行讀取交互數(shù)據(jù)。由于上位機在讀取過程中涉及到信息的編碼與解碼，這就決定了上位機讀取DAServer接口的數(shù)據(jù)主要以事件的形式存在，實現(xiàn)PLC控制字和狀態(tài)字能更加準(zhǔn)確的顯示在上位機畫面中。

3.4 上位機與服務(wù)器 在電氣自動化設(shè)備管理系統(tǒng)中，若想獲取設(shè)備運行數(shù)據(jù)的及時性與準(zhǔn)確性，可以利用上位機和服務(wù)器之間的有效的通訊功能。在工廠生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備運行數(shù)據(jù)往往是利用PLC在DP總線的傳輸功能下，將其傳輸并儲存至服務(wù)器，接著上位機通過相關(guān)的軟件進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的讀取。因此如果需要生產(chǎn)的關(guān)鍵性指標(biāo)或者歷史數(shù)據(jù)，就可以從服務(wù)器中獲得。如用水量、耗電量、整機效率、歷史曲線等，從而實現(xiàn)工廠生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)可視化。在這樣的基礎(chǔ)上，相關(guān)管理人員可在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和分析基礎(chǔ)上，制定出優(yōu)化生產(chǎn)過程的有效措施，并生成設(shè)備管理報表，提高生產(chǎn)績效。

4 總結(jié)

本文主要通過就地與總線控制方式的勿擾切換、現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集、控制以及設(shè)備管理，在電氣自動化設(shè)備管理系統(tǒng)中，有效降低了生產(chǎn)過程中各操作工序的難度，增強了系統(tǒng)的可維護(hù)性。利用DP總線實現(xiàn)了電氣設(shè)備智能化管理控制系統(tǒng)，從而提高了產(chǎn)品的可靠性以及工廠生產(chǎn)績效，促進(jìn)各企業(yè)更好更快更穩(wěn)地發(fā)展。

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