1 、引言

水泥工業作為當前國民經濟支柱產業之一，在我國國民經濟中占據重要地位。隨著計算機、通訊、網絡等信息技術的飛速發展，水泥工業的自動控制系統正向著智能化、數字化和網絡化方向邁進。現場總線作為一種正在發展的新技術，正在迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理的各個層次，既可以將一個現場設備的運行參數、狀態以及故障信息等送往控制室，又可將各種控制、維護、組態命令甚至現場設備的工作電源等送往各相關的現場設備，從而溝通了生產過程現場控制設備之間及其更高控制管理層之間的聯系。

2、 現場總線技術簡介

2．1 現場總線基本認知

現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備、儀表與控制室內的自動控制系統之間一種串行、數字式、多點通信的數據總線，它位于生產控制和網絡結構的低層，也稱為低層控制網絡。它與工廠的現場設備直接連接，將現場測量控制設備互聯為通信網絡，實現不同網段、不同現場通信設備的信息共享；同時又將現場運行的各種信號傳到遠離現場的控制室，并進一步與操作終端、上層控制管理網絡連接和信息共享。

2．2 現場總線的特點

在傳統的模擬控制系統中，現場的儀表設備與控制室的控制器之間，通常采用一對一的物理連接，實現模擬信號的通訊。而在現場總線控制系統中，現場的儀表設備多采用智能化設備，通訊方式由數字信號取代了模擬信號，只需一根電纜即可將多個現場設備的多個運行參數傳人控制室，同時還可為多個設備提供電源，這樣不僅簡化了系統結構，節約了硬件投資，同時還便于安裝和維護。

基于現場總線技術的控制系統具有如下特點：

（1）系統開放性好，基于同一種總線協議的不同廠家的設備可以互連；

（2）具有智能化和功能自治性；

（3）可靠性高，抗干擾能力強；

（4）具有顯著的經濟性，基于現場總線技術的控制系統可節省硬件投資和安裝費用。

2．3 幾種主要現場總線技術

2．3．1 基金會現場總線（FF，Foundation Fieldbus）

它以ISO／OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通訊模型的相應層次，并在應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議，采用了面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通訊設計簡化為參數設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻等多種通訊介質，是具有強勁實力的現場總線技術。

2．3．3 CAN總線

CAN是控制局域網總線（Control Area Network）的簡稱，最早用于汽車內部測量與執行部件間的數據通信，其總線規范現已被ISO國際標準組織制定為國際標準，廣泛應用在離散控制領域。其模型結構只有三層，即只取OSI低層的物理層、數據鏈層和頂層的應用層。

2．3．4 HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。特點是現在有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統向熟悉系統轉變過程中的過渡性產品。

2．3．5 PROFIBUS

Profibus是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場總線標準，包含3種類型，即Profibus-DP、Profibus．FMS和Profibus．PA。該總線技術是以西門子公司為主的德國公司和研究所共同推出的。DP型用于分散外設間的高速數據傳輸，適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規范，PROFIBUSFMS適用于紡織、樓字自動化、可編程控制器、低壓開關等。PA專為過程自動化設計，標準的本質安全的傳輸協議，實現了IEC1158-2中規定的通訊規程，用于對安全性要求高的場合及由總線供電的站點。

Profibus的傳輸速率為9．6kbps一12Mbps，最大傳輸距在12Mbps時為100m，1．5Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可連接127個站點，可實現總線供電和本質安全防爆。Profibus現場總線協議的會員單位已有1000多家，支持該標準的產品有2O0余種，市場占有率已達20％左右。Profibus是世界上最成熟、市場占有率最高的一種現場總線。

3、 現場總線技術的應用

3．1 傳統模擬控制方式

在以往水泥廠窯尾系統工況監測中，我們采用的是一對一模擬控制方式，見圖1：

這種方式中，現場每一臺儀表的測量信號，均通過各自的電纜以模擬量信號方式傳人現場控制站，在現場控制站中還需要配備相應的AI、AO模件，每一個模擬量信號需占用一個通道，由于窯系統的儀表測點很多，控制站需設大量的模擬量模件，硬件投資大，而且設備維護任務也很重。

3．2 現場總線控制方式

水泥的生產過程是一個復雜的過程，它的工藝特點決定了其工業環境的惡劣性、現場設備的多樣性和復雜性。需要處理多達數千個甚至上萬個不同的過程變量，包括各種設備的運行參數和狀態信息，各類工藝參數（如壓力、溫度、料位等）以及生產數據信息等。水泥廠自動化的實現要求可性高、抗干擾性強、穩定、實用和易操作，所以采用比較成熟的現場總線Profibus。

圖2是采用Pmfibus現場總線的控制方式的結構圖。控制站與現場控制器之間通過光纜進行通訊，而控制器通過一耦合器與現場總線儀表相連接。控制站通過雙絞線經光纖HUB與現場控制器進行通訊，上位機采用標準的TCP／IP協議進行通訊，而下位機中，現場控制器和各I／O站和耦合器之間采用工業中標準的PROFIBUS-DP進行通訊，而耦合器和現場總線儀表之間采用PROFIBUS—PA通訊協議。

在這種方式中，現場多個儀表的測量信號，通過一根總線電纜，采用數字信號的通訊方式，經PROBUS DP／PA耦合器傳人現場控制站，在現場控制站中通過PROFIBUS DP卡件與控制器相連，省去大量模擬量模件。

在系統之中還有現場總線儀表的硬件組態和軟件組態兩大部分內容，本文中不再詳細介紹。

水泥廠用于窯系統工況監測的儀表設備較多且分布較為集中，采用現場總線的控制方式，業主既可省去許多的計算機系統硬件及電纜投資，還可減少大量的電纜敷設工作，不僅節約安裝費用，還便于生產維護。此外水泥工業生產中的一些大型設備如輥壓機、篦冷機、立磨等，這些設備的自動化控制較為復雜，他們與DCS系統通訊的點數很多，采用現場總線局域網，設備本體控制參數及時全面的傳人DCS系統，這樣不僅便于對設備進行控制監測，對優化設備的使用性能也大有幫助。

4、 結束語

經長時間使用證明，采用PROFIBUS現場總線技術的作業系統大大提高了水泥企業的自動化水平，同時對提高產品產量、質量，降低能耗，減輕勞動強度，實現文明生產等方面都有著顯著的經濟效益和社會效益。例如山東叢林集團水泥項目中，對篦冷機、立磨均采用現場總線局域網控制方式，大大提高了企業的綜合經濟效益。隨著現場總線技術的發展完善，它在水泥行業中的應用會更加廣泛。

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