現場(chǎng)總線(xiàn)在人造板設備中的應用

1 概述

隨著(zhù)計算機技術(shù)，通信技術(shù)，集成電路技術(shù)及智能傳感技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域出現了一種新興的控制技術(shù)，即現場(chǎng)總線(xiàn)。它是上述幾種技術(shù)的結合，是當今自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，代表了工業(yè)控制領(lǐng)域今后的一種發(fā)展方向。它的出現，將使傳統的控制系統無(wú)論在結構上還是在性能上出現巨大的飛躍，可以說(shuō)現場(chǎng)總線(xiàn)是控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它代表了一種有突破意義的新的控制思想，它將開(kāi)辟一個(gè)新的時(shí)代?，F場(chǎng)總線(xiàn)出現于80 年代后期，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它是一種數字通信協(xié)議，是一種應用于生產(chǎn)現場(chǎng)、在智能化控制設備之間實(shí)行雙向串行通信、多節點(diǎn)的數字通信的系統，是一種開(kāi)放的、數字化的、多點(diǎn)通信的低層控制網(wǎng)絡(luò )。它使得自控系統和設備有了通信能力?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS（Fieldbus ControlSystem）是繼基地式氣動(dòng)儀表控制系統，電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統，集中實(shí)式數字控制系統集散式控制系統DCS 后的新一代控制系統?，F代工業(yè)控制思想的核心是“分散控制，集中監控”使得“危險分散，控制分散”，但即使是現在流行的DCS 控制，其與工業(yè)過(guò)程打交道的過(guò)程控制站仍然還是集中的，現場(chǎng)信號的檢測、傳輸和控制還是采用的4~20mA 的模擬信號，這正是對分散控制，集中監控思想的違背。而FCS 控制系統真正做到了這一點(diǎn)，把控制徹底地下放到現場(chǎng)，現場(chǎng)的智能儀表就能完成諸如數據采集，數據處理，控制運算和數據輸出大部分現場(chǎng)功能，只有一些現場(chǎng)儀表無(wú)法完成的高級控制功能才由上位機來(lái)完成。而且現場(chǎng)節點(diǎn)之間可以相互通信實(shí)現互操作，現場(chǎng)節點(diǎn)也可以把自己的診斷數據傳送給上位機，有益于設備管理。

2 主要現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介

由于現場(chǎng)總線(xiàn)的諸多優(yōu)點(diǎn), 所以近十年來(lái)出現了多種有影響的現場(chǎng)總線(xiàn), 如基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)F F、profibus、CAN、LONworks、HART 等,并得到了廣泛的應用。下面僅對前兩種現場(chǎng)總線(xiàn)予以簡(jiǎn)要介紹。

2.1 基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF(Foundat ion Fiedbus)

基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)是國際上幾家現場(chǎng)總線(xiàn)經(jīng)過(guò)激烈競爭后形成的一種現場(chǎng)總線(xiàn), 由現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )推出。與私有的網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)協(xié)議不同,FF總線(xiàn)不附屬于任何一個(gè)企業(yè)或國家。其總線(xiàn)體系結構是參照、ISO 的OSI 模型中物理層、數據鏈路層和應用層, 并增加了用戶(hù)層而建立起來(lái)的通信模型。FF 得到了世界上幾乎所有的著(zhù)名儀表制造商的支持, 同時(shí)遵守IEC 的協(xié)議規劃,與IEC 的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準和草案基本- 致,加上它在技術(shù)上的優(yōu)勢, 所以極有希望成為將來(lái)的主要國際標準。

FF 總線(xiàn)提供了Hl 和H2 兩種物理層標準。Hl 是用于過(guò)程控制的低速總線(xiàn), 傳輸速率為31.25Kbps, 傳輸距離為200m、450m、1200m、1900m 四種( 加中繼器可以延長(cháng)), 可用總線(xiàn)供電, 支持本質(zhì)安全設備和非本質(zhì)安全總線(xiàn)設備。H2 為高速總線(xiàn), 其傳輸速率為IMbps( 此時(shí)傳輸距離為750m) 或2.5bps( 此時(shí)傳輸距離為500m)。H1 和H2 每段節點(diǎn)數可達32 個(gè), 使用中繼器后可達240 個(gè),Hl 和H2 可通過(guò)網(wǎng)橋互連。FF 的突出特點(diǎn)在于設備的互操作性、改善的過(guò)程數據、更早的預測維護及可靠的安全性。

2.2 過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)Profibus

Profibus 由Siemens 公司提出并極力倡導,己先后成為德國國家標準DIN19245 和歐洲標準EN50170, 是一種開(kāi)放而獨立的總線(xiàn)標準, 在機械制造、工業(yè)過(guò)程控制、智能建筑中充當通信網(wǎng)絡(luò )。profibus 由Profibus-PA、Profibus-DP 和Profibus-FMS 三個(gè)系列組成。Profibus-PA (Process Automation) 用于過(guò)程自動(dòng)化的低速數據傳輸, 其基本特性同FF 的Hl 總線(xiàn),可以提供總線(xiàn)供電和本質(zhì)安全, 并得到了專(zhuān)用集成電路(ASIC) 和軟件的支持。profibus-DP與Profibus-PA 兼容, 基本特' 性同FF 的H2總線(xiàn), 可實(shí)現高速傳輸, 適用于分散的外部設備和自控設備之間的高速數據傳輸, 用于連接Profibus-PA 和加工自動(dòng)化。Profibus-FMS 適用于一般自動(dòng)化的中速數據傳輸, 主要用于傳感器、執行器、電氣傳動(dòng)、PLC、紡織和樓宇自動(dòng)化等。后兩個(gè)系列采用RS485 通信標準,傳輸速率從9.6kbp s 到12Mbps, 傳輸距離從1200M 到loom( 與傳輸速率有關(guān))。介質(zhì)存取控制的基本方式為主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式, 以及綜合這兩種方式的混合方式。profibus 是一種比較成熟的總線(xiàn),在工程上的應用十分廣泛。

3 現場(chǎng)總線(xiàn)在人造板機器設備中的應用

目前，現場(chǎng)總線(xiàn)在國內人造板機器制造業(yè)中尚屬起步階段。上海人造板機器廠(chǎng)首先在MDF（中密度纖維板）生產(chǎn)線(xiàn)上應用了現場(chǎng)總線(xiàn)控制方式，并獲得了巨大的成功?，F在我們以上海人造板機器廠(chǎng)連續平壓MDF 生產(chǎn)線(xiàn)為例作一簡(jiǎn)單介紹。

3.1 整條生產(chǎn)線(xiàn)主線(xiàn)部分現場(chǎng)總線(xiàn)示意圖（見(jiàn)圖１）

3.2 主要配置：

3.2.1 人機界面層（HMI）。由數據采集服務(wù)器、工程師站、操作上位機、趨勢和機器參數上位機、配方參數上位機、打印機等組成，并通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)（TCP/IP）完成與PLC 的數據交換。

3.2.2 控制層。由PLC( 西門(mén)子S7 400 系列) 組成，是現場(chǎng)總線(xiàn)的主站，主要采集下層和上層信號數據，并根據預先編制的程序完成符合生產(chǎn)工藝的所有動(dòng)作，是設備控制的核心部分。

3.2.3 PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)層。PLC 主站通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)（PROFIBUS）與現場(chǎng)的各個(gè)從站（包括西門(mén)子ET200S、變頻器、傳感器等）進(jìn)行通訊。

4 運用現場(chǎng)總線(xiàn)后的主要優(yōu)點(diǎn)：

4.1 數據交換量大，可實(shí)現操作簡(jiǎn)單、故障診斷詳細、歷史數據記錄和生產(chǎn)報表。

4.2 節省了許多控制電纜。由于主站和現場(chǎng)從站、傳感器和執行器都是通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)傳遞信息的，所以減少了控制柜到現場(chǎng)的許多控制電纜，也減少了由于電纜所造成的故障。

4.3 PLC 由標準的處理器組成，PLC 與PLC之間也可通過(guò)PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊，通訊速度可達1500Kbaud.

4.4 系統具有良好的開(kāi)放性，可與其他網(wǎng)絡(luò )組成更高級別的系統。

5 結束語(yǔ)

現場(chǎng)總線(xiàn)作為自動(dòng)化領(lǐng)域的一次革命，它的意義和產(chǎn)生的效益是非常巨大的。通過(guò)這種結構可實(shí)現對全廠(chǎng)各生產(chǎn)環(huán)節有效的監視、管理、指揮、調度。這種結構具有可靠性高、擴展性好，生產(chǎn)工藝適宜性強，比較適合MDF 這種中大型的全廠(chǎng)DCS 網(wǎng)絡(luò )控制。積極開(kāi)展各種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在人造板機器控制上的研究和應用，對于人造板機器制造廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)可以更好地完善設備功能、增強故障診斷功能、提高設備精度、優(yōu)化設備生產(chǎn)工藝，同時(shí)也避免走很多彎路和資源浪費，是適合我國國情的一個(gè)實(shí)用的發(fā)展途徑。