現(xiàn)場總線在現(xiàn)代工業(yè)自動化中的應(yīng)用

張志斌

摘 要：現(xiàn)場總線技術(shù)是現(xiàn)代自動化領(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)，同時也大大推動了自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展，而在工業(yè)領(lǐng)域中，基于現(xiàn)場總線技術(shù)的自動化控制系統(tǒng)成了當前工業(yè)自動化的主要發(fā)展方向，相比于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無論是生產(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。為此，該文現(xiàn)場總線技術(shù)及其特點進行了簡單介紹，并對其在汽車制造、礦井監(jiān)控等諸多工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了分析。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動化；現(xiàn)場總線；自動控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A

0 引言

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

1 現(xiàn)場總線技術(shù)概述

1.1 現(xiàn)場總線技術(shù)的概念

現(xiàn)場總線簡單來說就是利用電線、光纜、無線電等各種介質(zhì)在現(xiàn)場電器、儀表、設(shè)備以及主機系統(tǒng)間構(gòu)成一個雙向、多站、數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)不同現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)據(jù)信息交換。而從另一角度來看，我們也可以將現(xiàn)場總線簡單理解為應(yīng)用于現(xiàn)場的總線技術(shù)，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線無須采用并聯(lián)式的接線方式的接線方式來將整個通信系統(tǒng)的導(dǎo)線合并在一起，而是只需通過一根導(dǎo)線即可完成對所有現(xiàn)場設(shè)備的連接，并為數(shù)據(jù)、信號的傳輸提供支持，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)場設(shè)備的通信，因此被簡稱為現(xiàn)場總線技術(shù)。

1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點

從原理上來看，現(xiàn)場總線之所以能夠通過一根導(dǎo)線將所有現(xiàn)場設(shè)備與主機系統(tǒng)連接起來，主要是由于其采用串行的方式對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中并聯(lián)信號傳輸連接進行了替換，因此與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)場總線技術(shù)在很多方面也都具有比較突出的特點。首先，基于串行的數(shù)據(jù)信號傳輸與連接方式，現(xiàn)場總線在布線方式上做出了很大的改變，不僅采用了雙絞線，同時還直接選擇信號線來加載電源，因此無論是布線還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是比較簡單、直觀的。其次，基于現(xiàn)場總線技術(shù)，現(xiàn)場設(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)場總線主要應(yīng)用于現(xiàn)場控制或采集工作，因此其對于數(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)場總線通常都會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，因此其可靠性與實時性是比較突出的。

2 現(xiàn)場總線技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動化中的實際應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場總線在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)場總線技術(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)動橋殼生產(chǎn)商。一般來說，重型汽車的驅(qū)動橋殼在現(xiàn)代化生產(chǎn)中需要依靠工業(yè)機器人、伺服啟動器、變頻器等一系列設(shè)備來完成，而這些設(shè)備則需要由基于現(xiàn)場總線的自動化控制系統(tǒng)來進行控制。這類現(xiàn)場總線不僅能夠在各個加工設(shè)備間實現(xiàn)通信連接，同時還能夠?qū)⒃O(shè)備的運行參數(shù)、維護信息等數(shù)據(jù)存儲起來，為后期的運行維護工作提供有效的數(shù)據(jù)信息支持，對于驅(qū)動橋殼全生產(chǎn)過程的自動化控制都是十分有力的。另外，應(yīng)用于驅(qū)動橋殼的現(xiàn)場總線還具有效率高、精度高、系統(tǒng)簡、節(jié)省成本等特點，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)場總線在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來，隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，現(xiàn)場總線技術(shù)作為實現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵，也逐漸被應(yīng)用到了發(fā)電領(lǐng)域之中，而PROFIBUS現(xiàn)場總線則正是其中應(yīng)用最為廣泛的一種?；赑ROFIBUS現(xiàn)場總線的自動化控制系統(tǒng)通常被用于發(fā)電機組的主輔控車間，對DCS、監(jiān)控設(shè)備和故障診斷系統(tǒng)進行控制，其本身強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)場設(shè)備在可靠性方面的要求，而與傳統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)相比，其在控制方式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新也能夠為分散化的發(fā)電設(shè)備控制提供支持，因此這種現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)得到了我國很多大型發(fā)電廠的應(yīng)用。

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

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

2.4 現(xiàn)場總線在鍋爐控制領(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，要想保證鍋爐機組的高效可靠運行，同樣需要依靠自動化控制系統(tǒng)。從目前來看，常見的鍋爐控制系統(tǒng)有過程控制系統(tǒng)與輔機控制系統(tǒng)2種，其中過程控制系統(tǒng)正是基于現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)的，這類鍋爐控制系統(tǒng)一般都會采用先進的編程軟件監(jiān)控軟件來用于實現(xiàn)鍋爐監(jiān)控功能，并通過操作員站和工程師站來對鍋爐機組的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，而現(xiàn)場控制器與操作員站、工程師站間的通信則是利用PROFIBUS現(xiàn)場總線來進行連接的。另外，為保證系統(tǒng)的可靠性，鍋爐過程控制系統(tǒng)通常還會在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上采取冗余設(shè)計，從而避免因網(wǎng)絡(luò)問題而影響系統(tǒng)通信。

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

近年來，礦井安全事故在我國頻頻發(fā)生，而為了保證礦井生產(chǎn)現(xiàn)場的安全，很多礦產(chǎn)資源開發(fā)企業(yè)也都利用現(xiàn)場總線技術(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)上來看，這類礦井監(jiān)控系統(tǒng)主要可分為上位機、現(xiàn)場控制主站、從站以及其他現(xiàn)場設(shè)備幾部分，通過通信模塊與現(xiàn)場控制主站間通信連接的建立來構(gòu)建以實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，并利用PLC裝置來實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，在驅(qū)動程序控制現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù)后，礦井下的各類數(shù)據(jù)參數(shù)會經(jīng)軟件運行后動態(tài)顯示出來，同時反饋給現(xiàn)場設(shè)備并進行針對性的調(diào)節(jié)，這樣在實現(xiàn)所有現(xiàn)場設(shè)備間通信的同時，系統(tǒng)也能夠保持穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

總而言之，現(xiàn)場總線技術(shù)在可靠性、實時性、布線方式等方面的優(yōu)勢使其在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中具有非常高的應(yīng)用價值，而隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，未來其在工業(yè)自動化中的應(yīng)用領(lǐng)域還將更加廣泛。

參考文獻

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