摘要：介紹了現(xiàn)場總線技術(shù)的基本知識、特點以及幾種常見的現(xiàn)場總線技術(shù)，介紹了PROFIBUS總線技術(shù)在水泥工業(yè)控制中的實施方案。PROFIBUS現(xiàn)場總線的應用將節(jié)省硬件數(shù)量與投資，節(jié)省開銷，提高計算機監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟性和技術(shù)性能，提高了生產(chǎn)效率。 關鍵詞：現(xiàn)場總線；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)作為當前國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，在我國國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位。隨著計算機、通訊、網(wǎng)絡等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)的自動控制系統(tǒng)正向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化方向邁進?，F(xiàn)場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)場設備層到控制、管理的各個層次，既可以將一個現(xiàn)場設備的運行參數(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、組態(tài)命令甚至現(xiàn)場設備的工作電源等送往各相關的現(xiàn)場設備，從而溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設備之間及其更高控制管理層之間的聯(lián)系。 [b]2 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介 2．1 現(xiàn)場總線基本認知[/b] 　　現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設備、儀表與控制室內(nèi)的自動控制系統(tǒng)之間一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線，它位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的低層，也稱為低層控制網(wǎng)絡。它與工廠的現(xiàn)場設備直接連接，將現(xiàn)場測量控制設備互聯(lián)為通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)不同網(wǎng)段、不同現(xiàn)場通信設備的信息共享；同時又將現(xiàn)場運行的各種信號傳到遠離現(xiàn)場的控制室，并進一步與操作終端、上層控制管理網(wǎng)絡連接和信息共享。 2．2 現(xiàn)場總線的特點 　　在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，現(xiàn)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(xiàn)模擬信號的通訊。而在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場的儀表設備多采用智能化設備，通訊方式由數(shù)字信號取代了模擬信號，只需一根電纜即可將多個現(xiàn)場設備的多個運行參數(shù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了硬件投資，同時還便于安裝和維護。 　　 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)具有如下特點： 　?。?）系統(tǒng)開放性好，基于同一種總線協(xié)議的不同廠家的設備可以互連； 　?。?）具有智能化和功能自治性； 　?。?）可靠性高，抗干擾能力強； 　　（4）具有顯著的經(jīng)濟性，基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)可節(jié)省硬件投資和安裝費用。 [b]2．3 幾種主要現(xiàn)場總線技術(shù) 2．3．1 基金會現(xiàn)場總線（FF，F(xiàn)oundation Fieldbus）[/b] 　　它以ISO／OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎，取其物理層、數(shù)據(jù)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(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O計方法，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通訊設計簡化為參數(shù)設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻等多種通訊介質(zhì)，是具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術(shù)。 2．3．3 CAN總線 　　CAN是控制局域網(wǎng)總線（Control Area Network）的簡稱，最早用于汽車內(nèi)部測量與執(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(jié)構(gòu)只有三層，即只取OSI低層的物理層、數(shù)據(jù)鏈層和頂層的應用層。 2．3．4 HART 　　HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。特點是現(xiàn)在有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向熟悉系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中的過渡性產(chǎn)品。 2．3．5 PROFIBUS 　　Profibus是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準，包含3種類型，即Profibus-DP、Profibus．FMS和Profibus．PA。該總線技術(shù)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(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)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(zhì)安全的傳輸協(xié)議，實現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通訊規(guī)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(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可連接127個站點，可實現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。Profibus現(xiàn)場總線協(xié)議的會員單位已有1000多家，支持該標準的產(chǎn)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(xiàn)場總線。 3 現(xiàn)場總線技術(shù)的應用 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(xiàn)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(xiàn)場控制站，在現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)場總線控制方式 　　水泥的生產(chǎn)過程是一個復雜的過程，它的工藝特點決定了其工業(yè)環(huán)境的惡劣性、現(xiàn)場設備的多樣性和復雜性。需要處理多達數(shù)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(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。水泥廠自動化的實現(xiàn)要求可性高、抗干擾性強、穩(wěn)定、實用和易操作，所以采用比較成熟的現(xiàn)場總線Profibus。 　　圖2是采用Pmfibus現(xiàn)場總線的控制方式的結(jié)構(gòu)圖?？刂普九c現(xiàn)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(xiàn)場總線儀表相連接。控制站通過雙絞線經(jīng)光纖HUB與現(xiàn)場控制器進行通訊，上位機采用標準的TCP／IP協(xié)議進行通訊，而下位機中，現(xiàn)場控制器和各I／O站和耦合器之間采用工業(yè)中標準的PROFIBUS-DP進行通訊，而耦合器和現(xiàn)場總線儀表之間采用PROFIBUS—PA通訊協(xié)議。 　　在這種方式中，現(xiàn)場多個儀表的測量信號，通過一根總線電纜，采用數(shù)字信號的通訊方式，經(jīng)PROBUS DP／PA耦合器傳人現(xiàn)場控制站，在現(xiàn)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(tǒng)之中還有現(xiàn)場總線儀表的硬件組態(tài)和軟件組態(tài)兩大部分內(nèi)容，本文中不再詳細介紹。 　　水泥廠用于窯系統(tǒng)工況監(jiān)測的儀表設備較多且分布較為集中，采用現(xiàn)場總線的控制方式，業(yè)主既可省去許多的計算機系統(tǒng)硬件及電纜投資，還可減少大量的電纜敷設工作，不僅節(jié)約安裝費用，還便于生產(chǎn)維護。此外水泥工業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)通訊的點數(shù)很多，采用現(xiàn)場總線局域網(wǎng)，設備本體控制參數(shù)及時全面的傳人DCS系統(tǒng)，這樣不僅便于對設備進行控制監(jiān)測，對優(yōu)化設備的使用性能也大有幫助。 4 結(jié)束語 　　經(jīng)長時間使用證明，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的作業(yè)系統(tǒng)大大提高了水泥企業(yè)的自動化水平，同時對提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能耗，減輕勞動強度，實現(xiàn)文明生產(chǎn)等方面都有著顯著的經(jīng)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(xiàn)場總線局域網(wǎng)控制方式，大大提高了企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展完善，它在水泥行業(yè)中的應用會更加廣泛。 參考文獻 [1] 陽憲惠．現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用[M]．北京：清華大學出版社，1999．1． [2] 侯維巖，費敏銳．Profibus協(xié)議分析和系統(tǒng)應用[M]．北京：清華大學出版社，2006． [3] 李正軍．現(xiàn)場總線及其應用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005． [4] 王孝紅，于宏亮，徐心和．基于現(xiàn)場總線技術(shù)的水泥旋窯DCS控制系統(tǒng)[J]．控制工程。2004。11（5）：385—387．