淺談現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

魏新文

摘要：文章結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)的實踐，通過了解現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和功能，為公司現(xiàn)場總線技術(shù)的使用提供一些參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù)；發(fā)展；功能；應(yīng)用

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2014）17-0052-02

20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量儀表和控制機器間的通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。也就是傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制網(wǎng)絡(luò)。通過控制信息的通訊，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化的自動化控制系統(tǒng)。

1現(xiàn)場總線技術(shù)的實踐

我公司選礦廠通過變頻器控制新廠球磨機的給礦量時，由于當(dāng)班操作人員較少，球磨系統(tǒng)操作點分散，給礦量在一定時間內(nèi)無法穩(wěn)定控制在一定范圍內(nèi)。當(dāng)給礦量過小時，造成球磨機輕載運轉(zhuǎn)，原礦處理耗時又耗工，工作效率極為低下，從而造成能源和生產(chǎn)成本的浪費；而給礦量過大時，尾礦漿處理不及時，達(dá)不到現(xiàn)有的環(huán)保要求，選礦廠將被迫進(jìn)行停產(chǎn)整頓，其造成的損失將無法估量。

針對上述狀況，根據(jù)選礦廠工藝要求的原礦及尾礦漿的處理量，利用現(xiàn)場總線控制技術(shù)，選礦廠引進(jìn)一些硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)對球磨每半小時給礦量實行匯總及實時監(jiān)控，以實時管理及控制球磨給礦量。

具體控制程序圖如圖1所示。

考慮現(xiàn)階段選礦廠的實際生產(chǎn)狀況，此次技改實現(xiàn)了給礦量的半自動化閉環(huán)控制，從“數(shù)據(jù)表格形成”到控制“現(xiàn)場感應(yīng)源”這一反饋控制環(huán)節(jié)還沿用了一些人工控制環(huán)節(jié)，但已成功地達(dá)到我們的給礦量控制要求，實現(xiàn)了現(xiàn)場控制信息及管理信息的有效化管理，使選礦生產(chǎn)保持連續(xù)、穩(wěn)定、高效運轉(zhuǎn)。

2現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展

隨著工業(yè)控制系統(tǒng)從最初的人工化控制走向自動化控制，從單向、開環(huán)控制到多向、閉環(huán)控制；并伴隨著現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)及通信技術(shù)的逐漸成熟，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)從分層控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)發(fā)展為多向的、集成化的自動化控制系統(tǒng)。

早期集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)，依據(jù)分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，通過基本控制單元、操作者接口、過程輸入接口、過程輸出接口等功能模塊達(dá)到集中管理和分散控制的控制系統(tǒng)。其基本特點就是分級遞階的分布式結(jié)構(gòu)，分級遞階控制和分散控制貫穿在整個集散控制系統(tǒng)中，通過優(yōu)化控制管理級和過程控制級來達(dá)到遞階控制的目的。集散控制系統(tǒng)在一定程度上已完全可達(dá)到集中管理和分散控制的目的，但隨著現(xiàn)代工業(yè)的極速發(fā)展，其最致命的缺陷便爆發(fā)出來，由于數(shù)據(jù)傳輸采用模擬信號，其動作的反應(yīng)速度及信息的及時傳遞會有所滯后（如緊急停車時反應(yīng)速度過慢，其造成的損失將無法估量），且其實現(xiàn)控制的成本資金需求較大，推廣起來將存在較大的難度。

隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，通信的數(shù)字化程度越來越高，計算機系統(tǒng)與通信系統(tǒng)性能得到了大幅提高。計算機技術(shù)和通信技術(shù)通過相互結(jié)合、相互滲透，形成一個穩(wěn)定、快速的傳輸通道，將其與現(xiàn)場的傳感器、智能儀表、各種操作終端和控制器聯(lián)結(jié)起來，便形成了一個現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，即現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。其通過相互間資源共享和協(xié)同處理，使得現(xiàn)場的分布式控制能更加靈活、開放式地執(zhí)行。由于計算機系統(tǒng)極好的可開發(fā)性和數(shù)字通信系統(tǒng)的快捷、準(zhǔn)確，現(xiàn)場控制設(shè)備的資源共享和協(xié)調(diào)合作有了良好的合作基礎(chǔ)，它便很好地解決了集散控制系統(tǒng)所遺留的問題，實現(xiàn)了現(xiàn)場信息可靠、快速的傳遞，實時、精準(zhǔn)、有效地解決現(xiàn)場控制出現(xiàn)的問題，為現(xiàn)代工業(yè)自動化控制提供了安全的操作模式。

3現(xiàn)場總線技術(shù)的功能及應(yīng)用前景

現(xiàn)場總線作為一種生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用的，在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的底層控制系統(tǒng)，其形成了工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場控制設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)現(xiàn)場各個控制設(shè)備之間、生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換?，F(xiàn)場總線技術(shù)主要目的是實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備及現(xiàn)場控制過程的管理，過程管理和設(shè)備管理是現(xiàn)場總線技術(shù)的主要內(nèi)容；對于現(xiàn)場總線工業(yè)系統(tǒng)，不僅需要管理控制設(shè)備信息，還需要管理信息。通過現(xiàn)場總線可實現(xiàn)一個企業(yè)的信息集成，實施管理與現(xiàn)場控制綜合自動化。

在現(xiàn)場總線的組成結(jié)構(gòu)中，智能儀表是現(xiàn)場設(shè)備管理的基礎(chǔ)，起著不可或缺的作用，其在一定程度上已完全體現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術(shù)的功能：

①智能儀表可以輸入輸出數(shù)據(jù)，完成信號的轉(zhuǎn)換，結(jié)合預(yù)定的規(guī)律進(jìn)行一定的計算和處理，實現(xiàn)信息處理的現(xiàn)場化，達(dá)到控制部分現(xiàn)場設(shè)備的目的。

②智能儀表的傳輸信號已由模擬信號改為數(shù)字信號。過去儀表采用模擬信號，通過電流將信息遠(yuǎn)距離傳送應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場和控制室之間，而電壓傳遞同一信息應(yīng)用于控制室和并聯(lián)的多個儀表中，在電流及電壓信號的傳輸中，最可怕的是信號衰減的不可預(yù)估性，為信號的準(zhǔn)確傳輸留下致命的缺陷；而逐漸取代模擬信號的數(shù)字信號傳送的是數(shù)據(jù)的開關(guān)量，其不存在信號的衰減，從而為信號的遠(yuǎn)距離精確傳送提供了堅實的基礎(chǔ)。

③智能儀表具有強大的自診斷能力，可以及時指示和預(yù)測故障，完成預(yù)防性維護(hù)工作，具有更高的可靠性、互操作性、安全防爆性。

在其它組成結(jié)構(gòu)中，通信系統(tǒng)作為信號聯(lián)結(jié)的樞紐，為信息交換提供了保障，而計算機管理軟件則充分發(fā)揮智能儀表的診斷能力，通過一系列的組態(tài)、分析、診斷，達(dá)到提高現(xiàn)場生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效益的目的。

總而言之，從技術(shù)角度上來講，現(xiàn)場總線技術(shù)有著較強的開放性、互操作性和互用性，在設(shè)備方面，智能化和功能自治性較為顯著，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，高度分散性以及有效適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境則是它的特點。因為這些特點的存在，應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)具有一系列的優(yōu)勢，硬件數(shù)量和投資可以得到合理安排，在一定程度上節(jié)約了安裝和維護(hù)開銷的費用，系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性程度較高等。

通過球磨給礦量控制的實踐、公司各生產(chǎn)調(diào)度點的視頻辦公、公司即將推行的“無紙化辦公”等應(yīng)用可知：現(xiàn)階段，隨著智能儀表、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的日趨成熟，現(xiàn)場總線技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過程自動化、工業(yè)自動化控制、辦公自動化等?，F(xiàn)場總線技術(shù)在我公司的應(yīng)用將會越來越普及，其將充分運用于現(xiàn)場設(shè)備控制及現(xiàn)場生產(chǎn)管理中，不僅大幅提高工業(yè)自動控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，節(jié)約大量的安裝費用和維護(hù)開銷，并為企業(yè)的生產(chǎn)管理提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，為生產(chǎn)成本的大幅縮減提供了理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。

4結(jié)語

總體說來，現(xiàn)場總線技術(shù)的興起，開辟了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的新天地，它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來新的效益。隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)有機結(jié)合了電子技術(shù)、通信技術(shù)以及智能儀表技術(shù)，其在現(xiàn)場管理和現(xiàn)場工業(yè)過程控制中將具有更明顯的優(yōu)勢，可使公司獲得更快的發(fā)展和進(jìn)步，因而現(xiàn)場總線技術(shù)在企業(yè)將得到越來越廣泛的應(yīng)用，并推動自動化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柴郁,李斌.現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用展望[J].儀表技術(shù),2001,(2).