摘要：介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基本知識(shí)、特點(diǎn)以及幾種常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，介紹了PROFIBUS總線技術(shù)在水泥工業(yè)控制中的實(shí)施方案。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用將節(jié)省硬件數(shù)量與投資，節(jié)省開(kāi)銷，提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能，提高了生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線；水泥；Profibus Application of Automatic Control System in Cement Industry Based on Profibus （School of Electrical Engineering&Automation，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China） Abstract：It introduces the basic knowledge，characteristics as well as several common techniques of field bus．What ismore，it also presents the scenarios of PROFIBUS techniques implemented in cement industry．The implementation ofPROFIBUS field bus will economize the amount of hardware and investment，save expenses，improve the reliability，economy and tecnical function of computer monitoring system，and strenghthen productive eficiency． Key words：fieldbus；cement；profibus 1 引言 　　水泥工業(yè)作為當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位。隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)正向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線作為一種正在發(fā)展的新技術(shù)，正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理的各個(gè)層次，既可以將一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)以及故障信息等送往控制室，又可將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令甚至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作電源等送往各相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間及其更高控制管理層之間的聯(lián)系。 [b]2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介 2．1 現(xiàn)場(chǎng)總線基本認(rèn)知[/b] 　　現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)之間一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線，它位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低層，也稱為低層控制網(wǎng)絡(luò)。它與工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接連接，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制設(shè)備互聯(lián)為通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段、不同現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)備的信息共享；同時(shí)又將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各種信號(hào)傳到遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室，并進(jìn)一步與操作終端、上層控制管理網(wǎng)絡(luò)連接和信息共享。 2．2 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) 　　在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)的儀表設(shè)備與控制室的控制器之間，通常采用一對(duì)一的物理連接，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的通訊。而在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)的儀表設(shè)備多采用智能化設(shè)備，通訊方式由數(shù)字信號(hào)取代了模擬信號(hào)，只需一根電纜即可將多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)傳人控制室，同時(shí)還可為多個(gè)設(shè)備提供電源，這樣不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了硬件投資，同時(shí)還便于安裝和維護(hù)。 　　 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： 　?。?）系統(tǒng)開(kāi)放性好，基于同一種總線協(xié)議的不同廠家的設(shè)備可以互連； 　　（2）具有智能化和功能自治性； 　　（3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； 　?。?）具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)可節(jié)省硬件投資和安裝費(fèi)用。 [b]2．3 幾種主要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 2．3．1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF，F(xiàn)oundation Fieldbus）[/b] 　　它以ISO／OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通訊模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。 2．3．2 Lon Works　　采用了ISO／OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻等多種通訊介質(zhì)，是具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。 2．3．3 CAN總線 　　CAN是控制局域網(wǎng)總線（Control Area Network）的簡(jiǎn)稱，最早用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信，其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。其模型結(jié)構(gòu)只有三層，即只取OSI低層的物理層、數(shù)據(jù)鏈層和頂層的應(yīng)用層。 2．3．4 HART 　　HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫(xiě)。特點(diǎn)是現(xiàn)在有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向熟悉系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡性產(chǎn)品。 2．3．5 PROFIBUS 　　Profibus是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，包含3種類型，即Profibus-DP、Profibus．FMS和Profibus．PA。該總線技術(shù)是以西門(mén)子公司為主的德國(guó)公司和研究所共同推出的。DP型用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，PROFIBUSFMS適用于紡織、樓字自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通訊規(guī)程，用于對(duì)安全性要求高的場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。 　　Profibus的傳輸速率為9．6kbps一12Mbps，最大傳輸距在12Mbps時(shí)為100m，1．5Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可連接127個(gè)站點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的會(huì)員單位已有1000多家，支持該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品有2O0余種，市場(chǎng)占有率已達(dá)20％左右。Profibus是世界上最成熟、市場(chǎng)占有率最高的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。 3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用 3．1 傳統(tǒng)模擬控制方式 在以往水泥廠窯尾系統(tǒng)工況監(jiān)測(cè)中，我們采用的是一對(duì)一模擬控制方式，見(jiàn)圖1： 　　這種方式中，現(xiàn)場(chǎng)每一臺(tái)儀表的測(cè)量信號(hào)，均通過(guò)各自的電纜以模擬量信號(hào)方式傳人現(xiàn)場(chǎng)控制站，在現(xiàn)場(chǎng)控制站中還需要配備相應(yīng)的AI、AO模件，每一個(gè)模擬量信號(hào)需占用一個(gè)通道，由于窯系統(tǒng)的儀表測(cè)點(diǎn)很多，控制站需設(shè)大量的模擬量模件，硬件投資大，而且設(shè)備維護(hù)任務(wù)也很重。 3．2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式 　　水泥的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它的工藝特點(diǎn)決定了其工業(yè)環(huán)境的惡劣性、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性。需要處理多達(dá)數(shù)千個(gè)甚至上萬(wàn)個(gè)不同的過(guò)程變量，包括各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信息，各類工藝參數(shù)（如壓力、溫度、料位等）以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息等。水泥廠自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)要求可性高、抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定、實(shí)用和易操作，所以采用比較成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus。 　　圖2是采用Pmfibus現(xiàn)場(chǎng)總線的控制方式的結(jié)構(gòu)圖?？刂普九c現(xiàn)場(chǎng)控制器之間通過(guò)光纜進(jìn)行通訊，而控制器通過(guò)一耦合器與現(xiàn)場(chǎng)總線儀表相連接。控制站通過(guò)雙絞線經(jīng)光纖HUB與現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通訊，上位機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP／IP協(xié)議進(jìn)行通訊，而下位機(jī)中，現(xiàn)場(chǎng)控制器和各I／O站和耦合器之間采用工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP進(jìn)行通訊，而耦合器和現(xiàn)場(chǎng)總線儀表之間采用PROFIBUS—PA通訊協(xié)議。 　　在這種方式中，現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)儀表的測(cè)量信號(hào)，通過(guò)一根總線電纜，采用數(shù)字信號(hào)的通訊方式，經(jīng)PROBUS DP／PA耦合器傳人現(xiàn)場(chǎng)控制站，在現(xiàn)場(chǎng)控制站中通過(guò)PROFIBUS DP卡件與控制器相連，省去大量模擬量模件。 　　在系統(tǒng)之中還有現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的硬件組態(tài)和軟件組態(tài)兩大部分內(nèi)容，本文中不再詳細(xì)介紹。 　　水泥廠用于窯系統(tǒng)工況監(jiān)測(cè)的儀表設(shè)備較多且分布較為集中，采用現(xiàn)場(chǎng)總線的控制方式，業(yè)主既可省去許多的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件及電纜投資，還可減少大量的電纜敷設(shè)工作，不僅節(jié)約安裝費(fèi)用，還便于生產(chǎn)維護(hù)。此外水泥工業(yè)生產(chǎn)中的一些大型設(shè)備如輥壓機(jī)、篦冷機(jī)、立磨等，這些設(shè)備的自動(dòng)化控制較為復(fù)雜，他們與DCS系統(tǒng)通訊的點(diǎn)數(shù)很多，采用現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)，設(shè)備本體控制參數(shù)及時(shí)全面的傳人DCS系統(tǒng)，這樣不僅便于對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)，對(duì)優(yōu)化設(shè)備的使用性能也大有幫助。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用證明，采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的作業(yè)系統(tǒng)大大提高了水泥企業(yè)的自動(dòng)化水平，同時(shí)對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)文明生產(chǎn)等方面都有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。例如山東叢林集團(tuán)水泥項(xiàng)目中，對(duì)篦冷機(jī)、立磨均采用現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)控制方式，大大提高了企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展完善，它在水泥行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。 參考文獻(xiàn) [1] 陽(yáng)憲惠．現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1999．1． [2] 侯維巖，費(fèi)敏銳．Profibus協(xié)議分析和系統(tǒng)應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2006． [3] 李正軍．現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005． [4] 王孝紅，于宏亮，徐心和．基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的水泥旋窯DCS控制系統(tǒng)[J]．控制工程。2004。11（5）：385—387．