淺談現(xiàn)場總線技術的應用

1、淺談現(xiàn)場總線技術的應用李志梅(廣東省科學院自動化工程研制中心廣州510070)工程技術摘要：現(xiàn)場總線技術是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表，控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備闖的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。本文結合萊卷煙廠制絲線管控系統(tǒng)的自動化應用。對現(xiàn)場總線技術進行了分析探討。關鍵詞：現(xiàn)場總線技術自動化應用中圖分類號：TH1文獻標識碼：A文章編號：1672—3791(2

2、011)02(c)一0064一o1現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點通信網絡，它也被稱為現(xiàn)場底層設備控制網絡。20世紀8O年代以來，各種現(xiàn)場總線技術開始出現(xiàn)，人們要求對傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來越高，從而使現(xiàn)場總線成為一次世界性的技術變革浪潮。美國儀表協(xié)會(IsA)于l984年開始制訂現(xiàn)場總線標準，在歐洲有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現(xiàn)場總線標準陸續(xù)形成。1結構特點系統(tǒng)采用

3、三級網絡連接四個層次，三級網絡分別負擔各自的信息傳遞任務。電機啟動器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PR0FIBUs—DP網；數(shù)字量傳感／執(zhí)行器(含光電開關、接近開關、行程開關、電磁閥等)、大部分模擬量設備通過現(xiàn)場I／O接入PROFIBUSDP網。監(jiān)控服務器、現(xiàn)場監(jiān)控機、PLC、獨立主機控制段的PLC接入工業(yè)以太網；監(jiān)控服務器、中央監(jiān)控機、數(shù)據(jù)庫服務器和客戶機接入Ethernet網。2方案介紹(1)設備控制層。設備控制層采用現(xiàn)場總線控制系

4、統(tǒng)，主要由每個工藝段的控制主站、分布式I／O站、單機設備(如電子皮帶秤、切絲機、切梗絲機等)、執(zhí)行機構、傳感器檢測機構、水分儀、變頻器及PROFIBUS網等組成。(2)集中監(jiān)控層。集中監(jiān)控層主要由監(jiān)控服務器、監(jiān)控機及工業(yè)以太網、以太網和網絡器件等設備，以及監(jiān)控組態(tài)軟件、網絡通訊軟件組成。(3)信息管理層。信息管理層是制絲線管控系統(tǒng)的重要部分，它完成對整個成品絲生產過程的所有物流和信息流的統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調度，系統(tǒng)接受用戶的請求，及時作出

5、響應，產生相應的生產任務和批次信息，將這些任務下發(fā)給集中監(jiān)控層和設備控制層，并監(jiān)控執(zhí)行情況。信息管理系統(tǒng)內容包括以下幾方面。生產管理：根據(jù)周生產作業(yè)計劃生成日作業(yè)任務；對生產情況進行統(tǒng)計和查詢；實現(xiàn)儲柜和電子秤累計統(tǒng)計管理；完成投入產出、物料消耗和能源消耗統(tǒng)計。工藝管理：工藝標準管理。質量管理：工藝參數(shù)采集、工藝參數(shù)管理、工藝參數(shù)分析。設備管理：建立設備檔案；建立備件關系檔案；有效作業(yè)率分析；設備維修；故障及維修記錄歸檔分析；設備維修費

6、用、維修物料消耗統(tǒng)計。系統(tǒng)管理：完成用戶管理、授權管理、數(shù)據(jù)維護等。3系統(tǒng)的配置(1)設備控制層。設備控制層采用PR0FIBUS現(xiàn)場總線結構，PR0FIBUSDP現(xiàn)場總線連接控制主站、現(xiàn)場I／O站、變頻器、水分儀、分散的流量計、電子秤／核子秤和切絲機等。其中，PLC控制主站使用可靠性高、功能強大的西門子S7—40O和S7—300可編程控制器；PROFIBUSDP使用雙絞線作為傳輸介質，各節(jié)點總距離應小于200m，大于200m時采用中繼器

7、，傳輸速率可達到15M，滿足了系統(tǒng)實時性要求；現(xiàn)場I／O站由倍福公司BC3100總線耦合器／控制器及I／O模塊、倍福公司KL8001智能電機啟動器組成。(2)集中監(jiān)控層。中央控制室的中央監(jiān)控機和車間的現(xiàn)場監(jiān)控機構成集中監(jiān)控層。中央控制室設數(shù)臺中央監(jiān)控機分別監(jiān)控不同的工藝段。監(jiān)控服務器放置在中央控制室，雙機熱備份。中央監(jiān)控機放置在中央控制室，每臺分別負責不同工藝段的監(jiān)控，中央監(jiān)控機可以互相備份。設現(xiàn)場監(jiān)控機，正常情況下，不做操作只作查詢。

8、特殊情況下，在授權后實現(xiàn)操作功能。選用西門子公司WinCC6O作為監(jiān)控軟件。(3)C／S及B／S結構應用。在某卷煙廠制絲線管控系統(tǒng)中，采用了客戶機／N務器模式(Client／Server，簡稱c／S)和Web瀏覽器／N務器模式(Browser／Server，簡稱B／S)兩種系統(tǒng)平臺相結合的模式實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能以及未來擴展功能。對于需要快速反應和統(tǒng)計分析的核心功能采用c／s模式，使用定制的客戶端應用程序完成。對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢、信息發(fā)布等功

9、能則可以考慮采用B／S模式實現(xiàn)，簡化客戶端，客戶機只需安裝通用的瀏覽器軟件，無論是決策層還是操作層的人員都無需培訓，就可以直接使用。(4)網絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。技術先進、功能完善、質量可靠的電視監(jiān)控系統(tǒng)，是保障新制絲線安全、高效運轉和科學管理的重要手段。通過電視監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員、管理人員可及時掌握制絲車間重點部位及設備運行的情況、生產流程64科技資訊SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATION情況、故障產生情況，及時對設備

10、進行控制、對生產過程進行管理，并應付處理各種突發(fā)事件，有效地保障了生產的正常、安全、有序進行。同時提高生產調度和生產管理的工作效率，為科學管理和決策提供依據(jù)。利用先進的數(shù)字技術與模擬系統(tǒng)相結合的原則來完成系統(tǒng)功能。監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、信號傳輸分配、控制、圖像的處理與顯示四部分組成。4系統(tǒng)的特點(1)可靠性。運行安全可靠、控制穩(wěn)定是對系統(tǒng)最基本也是最重要的要求。為保證系統(tǒng)的質量可靠，一是在總體設計上采用先進而成熟的技術，如：現(xiàn)場總線、分布式

11、I／O等；二是統(tǒng)一使用國內外名牌廠家的優(yōu)質產品；三是在設計、生產、安裝和調試中統(tǒng)一執(zhí)行嚴格標準。(2)開放性。在保證安全可靠的前提下，系統(tǒng)具有良好的開放性，主要措施為：結合廠內信息化建設現(xiàn)狀，采用開放的通用的網絡接口；采用開放式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；軟件開發(fā)中遵守標準的軟件開發(fā)流程。(3)高效性。整個系統(tǒng)高度的信息化、自動化，極大地提高生產及管理的效率。信息的傳遞均采用網絡通訊方式，替代了原來的人為抄送；系統(tǒng)的操作均可在中央監(jiān)控機上實現(xiàn)，替

12、代現(xiàn)場的操作，減少現(xiàn)場操作人員。(4)可維護性。在器件選型上，選用統(tǒng)一的元器件，減少器件種類，壓縮備件庫存，方便備件更換。統(tǒng)一軟件編制，有完整的故障診斷能力，將故障點定位到每一個分布式I／O站，在監(jiān)控機上有彈出式全中文故障點提示。(5)經濟實用性。在保證技術先進、質量可靠、功能完善的前提下，通過先期完整、合理的方案配置達到最佳的性價比。也要考慮到今后技術上的發(fā)展，使系統(tǒng)在軟硬件的升級和換代方面留有余地。5結語總之，現(xiàn)場總線技術的興起，開

13、辟了工廠底層網絡的新天地。它將促進企業(yè)網絡的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來新的效益，因而會得到廣泛的應用，并推動自動化相關行業(yè)的發(fā)展。淺談現(xiàn)場總線技術的應用李志梅(廣東省科學院自動化工程研制中心廣州510070)工程技術摘要：現(xiàn)場總線技術是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表，控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備闖的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。本文結合萊卷煙廠制絲線管控系統(tǒng)的自動化應用。

14、對現(xiàn)場總線技術進行了分析探討。關鍵詞：現(xiàn)場總線技術自動化應用中圖分類號：TH1文獻標識碼：A文章編號：1672—3791(2011)02(c)一0064一o1現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點通信網絡，它也被稱為現(xiàn)場底層設備控制網絡。20世紀8O年代以來，各種現(xiàn)場總線技術開始出現(xiàn)，人們要求對傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來越高，從而使現(xiàn)場總線成為一次世界性的技術變革浪潮。美國儀表協(xié)會(IsA)于

15、l984年開始制訂現(xiàn)場總線標準，在歐洲有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現(xiàn)場總線標準陸續(xù)形成。1結構特點系統(tǒng)采用三級網絡連接四個層次，三級網絡分別負擔各自的信息傳遞任務。電機啟動器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PR0FIBUs—DP網；數(shù)字量傳感／執(zhí)行器(含光電開關、接近開關、行程開關、電磁閥等)、大部分模擬量設備通過現(xiàn)場I／O接入PROFIBUSDP網。監(jiān)控服務器、現(xiàn)場監(jiān)控機、PLC、獨立主機控制段的PLC接入工業(yè)以太網；

16、監(jiān)控服務器、中央監(jiān)控機、數(shù)據(jù)庫服務器和客戶機接入Ethernet網。2方案介紹(1)設備控制層。設備控制層采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，主要由每個工藝段的控制主站、分布式I／O站、單機設備(如電子皮帶秤、切絲機、切梗絲機等)、執(zhí)行機構、傳感器檢測機構、水分儀、變頻器及PROFIBUS網等組成。(2)集中監(jiān)控層。集中監(jiān)控層主要由監(jiān)控服務器、監(jiān)控機及工業(yè)以太網、以太網和網絡器件等設備，以及監(jiān)控組態(tài)軟件、網絡通訊軟件組成。(3)信息管理層。信息管理層

17、是制絲線管控系統(tǒng)的重要部分，它完成對整個成品絲生產過程的所有物流和信息流的統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調度，系統(tǒng)接受用戶的請求，及時作出響應，產生相應的生產任務和批次信息，將這些任務下發(fā)給集中監(jiān)控層和設備控制層，并監(jiān)控執(zhí)行情況。信息管理系統(tǒng)內容包括以下幾方面。生產管理：根據(jù)周生產作業(yè)計劃生成日作業(yè)任務；對生產情況進行統(tǒng)計和查詢；實現(xiàn)儲柜和電子秤累計統(tǒng)計管理；完成投入產出、物料消耗和能源消耗統(tǒng)計。工藝管理：工藝標準管理。質量管理：工藝參數(shù)采集、工藝參

18、數(shù)管理、工藝參數(shù)分析。設備管理：建立設備檔案；建立備件關系檔案；有效作業(yè)率分析；設備維修；故障及維修記錄歸檔分析；設備維修費用、維修物料消耗統(tǒng)計。系統(tǒng)管理：完成用戶管理、授權管理、數(shù)據(jù)維護等。3系統(tǒng)的配置(1)設備控制層。設備控制層采用PR0FIBUS現(xiàn)場總線結構，PR0FIBUSDP現(xiàn)場總線連接控制主站、現(xiàn)場I／O站、變頻器、水分儀、分散的流量計、電子秤／核子秤和切絲機等。其中，PLC控制主站使用可靠性高、功能強大的西門子S7—40O

19、和S7—300可編程控制器；PROFIBUSDP使用雙絞線作為傳輸介質，各節(jié)點總距離應小于200m，大于200m時采用中繼器，傳輸速率可達到15M，滿足了系統(tǒng)實時性要求；現(xiàn)場I／O站由倍福公司BC3100總線耦合器／控制器及I／O模塊、倍福公司KL8001智能電機啟動器組成。(2)集中監(jiān)控層。中央控制室的中央監(jiān)控機和車間的現(xiàn)場監(jiān)控機構成集中監(jiān)控層。中央控制室設數(shù)臺中央監(jiān)控機分別監(jiān)控不同的工藝段。監(jiān)控服務器放置在中央控制室，雙機熱備份。中

20、央監(jiān)控機放置在中央控制室，每臺分別負責不同工藝段的監(jiān)控，中央監(jiān)控機可以互相備份。設現(xiàn)場監(jiān)控機，正常情況下，不做操作只作查詢。特殊情況下，在授權后實現(xiàn)操作功能。選用西門子公司WinCC6O作為監(jiān)控軟件。(3)C／S及B／S結構應用。在某卷煙廠制絲線管控系統(tǒng)中，采用了客戶機／N務器模式(Client／Server，簡稱c／S)和Web瀏覽器／N務器模式(Browser／Server，簡稱B／S)兩種系統(tǒng)平臺相結合的模式實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能以及未

21、來擴展功能。對于需要快速反應和統(tǒng)計分析的核心功能采用c／s模式，使用定制的客戶端應用程序完成。對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢、信息發(fā)布等功能則可以考慮采用B／S模式實現(xiàn)，簡化客戶端，客戶機只需安裝通用的瀏覽器軟件，無論是決策層還是操作層的人員都無需培訓，就可以直接使用。(4)網絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。技術先進、功能完善、質量可靠的電視監(jiān)控系統(tǒng)，是保障新制絲線安全、高效運轉和科學管理的重要手段。通過電視監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員、管理人員可及時掌握制絲車間重點部位及

22、設備運行的情況、生產流程64科技資訊SCIENCE＆TECHNOLOGYINFORMATION情況、故障產生情況，及時對設備進行控制、對生產過程進行管理，并應付處理各種突發(fā)事件，有效地保障了生產的正常、安全、有序進行。同時提高生產調度和生產管理的工作效率，為科學管理和決策提供依據(jù)。利用先進的數(shù)字技術與模擬系統(tǒng)相結合的原則來完成系統(tǒng)功能。監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、信號傳輸分配、控制、圖像的處理與顯示四部分組成。4系統(tǒng)的特點(1)可靠性。運行安全可

23、靠、控制穩(wěn)定是對系統(tǒng)最基本也是最重要的要求。為保證系統(tǒng)的質量可靠，一是在總體設計上采用先進而成熟的技術，如：現(xiàn)場總線、分布式I／O等；二是統(tǒng)一使用國內外名牌廠家的優(yōu)質產品；三是在設計、生產、安裝和調試中統(tǒng)一執(zhí)行嚴格標準。(2)開放性。在保證安全可靠的前提下，系統(tǒng)具有良好的開放性，主要措施為：結合廠內信息化建設現(xiàn)狀，采用開放的通用的網絡接口；采用開放式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；軟件開發(fā)中遵守標準的軟件開發(fā)流程。(3)高效性。整個系統(tǒng)高度的信息化、

24、自動化，極大地提高生產及管理的效率。信息的傳遞均采用網絡通訊方式，替代了原來的人為抄送；系統(tǒng)的操作均可在中央監(jiān)控機上實現(xiàn)，替代現(xiàn)場的操作，減少現(xiàn)場操作人員。(4)可維護性。在器件選型上，選用統(tǒng)一的元器件，減少器件種類，壓縮備件庫存，方便備件更換。統(tǒng)一軟件編制，有完整的故障診斷能力，將故障點定位到每一個分布式I／O站，在監(jiān)控機上有彈出式全中文故障點提示。(5)經濟實用性。在保證技術先進、質量可靠、功能完善的前提下，通過先期完整、合理的方案