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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