串行通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在冶金自動(dòng)化監控領(lǐng)域的發(fā)展與應用

1 前言
　　近些年來(lái)，冶金行業(yè)的自動(dòng)化系統的應用發(fā)展得越來(lái)越快，生產(chǎn)中各環(huán)節的監控系統應用也越來(lái)越多。由于串行通訊方式實(shí)現方便，系統費用低，所以許多監控系統大都采用串行通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現。但因以太網(wǎng)及現場(chǎng)總線(xiàn)的廣泛應用，一些與PLC等控制設備連接的監控系統，多采用以太網(wǎng)及現場(chǎng)總線(xiàn)的通訊方式。其實(shí)現場(chǎng)總線(xiàn)與RS485在物理界面上是一致的，只是各種現場(chǎng)總線(xiàn)有自己的通訊協(xié)議而已?？傮w來(lái)講，串行通訊技術(shù)的應用非常廣泛，尤其是支持串口設備聯(lián)入以太網(wǎng)的接口裝置，會(huì )使串口設備的聯(lián)網(wǎng)更加方便、應用也會(huì )更加廣泛。
　　2 生產(chǎn)運營(yíng)各環(huán)節中的串行通訊設備聯(lián)網(wǎng)狀況
　　在冶金行業(yè)中，串行通訊技術(shù)主要應用于以下三個(gè)方面：
　?。?） 生產(chǎn)工藝過(guò)程監控系統；
　?。?） 生產(chǎn)中所涉及的各種能源產(chǎn)耗的計量監控系統；
　?。?） 生產(chǎn)過(guò)程中的原料、產(chǎn)品及半成品的計量數據采集系統。
　　下面結合冶金企業(yè)這三個(gè)方面的應用實(shí)際，介紹一下用串行通訊技術(shù)進(jìn)行智能設備聯(lián)網(wǎng)的情況。
　　2.1生產(chǎn)工藝過(guò)程監控系統
　　在生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化控制系統中，大多都配有上位機監控系統。尤其是稍早些的系統，由于當時(shí)以太網(wǎng)和現場(chǎng)總線(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域的應用還不普及，再加上計算機的價(jià)格較高，這樣的監控設備往往只配備一套，這種情況非常適合采用串行通訊方式?，F在這樣的系統大都采用了以太網(wǎng)或現場(chǎng)總線(xiàn)的通訊方式，而且一個(gè)系統中往往要配備多套監控設備。不過(guò)在有些工藝控制上，如連鑄機的生產(chǎn)監控、軋鋼加熱爐監控系統上這樣的系統也有使用。
　　有些生產(chǎn)過(guò)程監控系統，并不采用與控制設備連接的方式，而是上位機通過(guò)串口連接數據采集模塊（甚至是控制模塊）或是帶有串口的智能儀表，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程中各種介質(zhì)的壓力、溫度、流量的監控。由于這樣的系統應用靈活，系統投資少，使用效果明顯，所以應用越來(lái)越多。這樣的系統往往規模不大，適合在采用常規控制的舊系統上實(shí)施。這樣的系統既方便生產(chǎn)操作，又能進(jìn)行歷史數據查詢(xún)、分析，對提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大好處。另外，利用PLC通過(guò)RS485掛接多臺智能儀表，采集現場(chǎng)溫度、壓力、流量等數據，對設備實(shí)施控制的模式，在近來(lái)投運的系統中也有采用。
　　2.2 能源產(chǎn)耗量計量監控系統
　　能源計量監控系統在冶金行業(yè)不僅應用越來(lái)越多，而且系統的覆蓋范圍也越來(lái)越廣。冶金企業(yè)實(shí)施這類(lèi)系統的原因一方面是節能降耗、降低產(chǎn)品成本的迫切需求；另一方面是數據采集設備和計算機設備的價(jià)格比過(guò)去有了大幅下降，不必投入很大的實(shí)施費用。
　　就我們企業(yè)來(lái)講，由于近年來(lái)水資源日益匱乏，節水工作日趨重要。為了節水降耗，我們企業(yè)于98年實(shí)施了水計量檢測系統。該系統除了上層網(wǎng)絡(luò )外，全部采用了串行通訊技術(shù)實(shí)現聯(lián)網(wǎng)。其中數據采集設備包括主采站、串行通訊控制模塊（作分站）、多串口通訊卡、具有RS485的流量?jì)x表、串口數傳電臺（RS232）、RS485/422通迅中繼器。組成了如圖1 所示的數采系統。
　　

　　 在該系統中，多串口卡為4口RS485卡；分站為2串口的用戶(hù)可開(kāi)發(fā)通訊控制器；電臺配有RS232串口可與計算機通訊；通迅中繼器在有線(xiàn)超過(guò)1.2千米的地方進(jìn)行信號放大（圖中略）。對于較遠的計量點(diǎn)，采用了無(wú)線(xiàn)通訊方式。有線(xiàn)方式上設立分站，是依據單段上所連接設備的限制以及地理位置的限制設計的，使系統結構更加合理。該系統覆蓋了4千米范圍的計量點(diǎn)，采集了近50個(gè)計量數據。主采站與企業(yè)主干網(wǎng)連接，使企業(yè)各職能部門(mén)能實(shí)時(shí)查詢(xún)各個(gè)計量點(diǎn)和各單位的用水情況。該系統對節約水利資源，發(fā)揮了重要作用。
　　 水計量數采系統投入運行后，我們企業(yè)又實(shí)施了煤氣計量數采系統。實(shí)施煤氣計量數采系統不僅是為了是煤氣數據可以進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，主要原因是因為企業(yè)內部所生產(chǎn)的煤氣種類(lèi)多樣，利用計算機進(jìn)行數據采集，對流量數據可以進(jìn)行溫度、壓力補償，還可以根據不同煤氣的不同熱值情況進(jìn)行補償。煤氣計量系統與水系統所不同的是，煤氣系統采用近20塊8路A/D數采模塊，接收常規儀表的4-20mA信號，通過(guò)RS485與上位機進(jìn)行連接，組成串行系統通訊網(wǎng)絡(luò )。系統共有50多個(gè)采集點(diǎn)的溫度、壓力及熱值數據，覆蓋范圍約3千米。系統投運以來(lái)運行穩定可靠。該系統數采部分的網(wǎng)絡(luò )結構如圖2所示。
　　

　　目前，我們企業(yè)正在計劃將所有能源儀表全部入網(wǎng)，包括電力、氧氣、氮氣和壓縮空氣，仍采用串行通訊方式，并計劃與水系統容于一體，使全公司所有的能源數據都采集進(jìn)機。實(shí)現能源計量工作的現代化管理。
　　2.3 物資計量數據采集
　　在物資運營(yíng)計量方面，很多冶金企業(yè)的也都進(jìn)行的聯(lián)網(wǎng)，但網(wǎng)絡(luò )連接結構都不大相同。物資計量網(wǎng)的下層一般都采用RS232連接物資計量?jì)x表和上位機，這一層物理連接方式大都一致。將各個(gè)計量站的上位機進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)并將數據匯總到服務(wù)器的上層聯(lián)網(wǎng)方式就各有不同了。有些上層網(wǎng)也采用RS485串行通訊方式，但這種方式規模不宜過(guò)大，而且地理位置也不宜太遠。該方式如圖3所示。
　　

　　采用這種方式還需要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)數據提交的驅動(dòng)程序，軟件開(kāi)發(fā)復雜。還有的企業(yè)采用MODEM進(jìn)行上層組網(wǎng)，這種方式因速度制約，基本不能實(shí)現數據的實(shí)施傳送。近來(lái)又出現了利用電話(huà)線(xiàn)VDSL或MSDSL及電話(huà)線(xiàn)路進(jìn)行組網(wǎng)的方案，但對電話(huà)線(xiàn)路質(zhì)量和線(xiàn)路距離要求嚴格，否則易出現通訊故障。
　　3 結束語(yǔ)
　　由于串行通訊技術(shù)有著(zhù)實(shí)現簡(jiǎn)便、系統集成費用低以及通訊距離遠（RS485/422）等特點(diǎn)，所以，串行通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅在冶金自動(dòng)化領(lǐng)域有著(zhù)廣泛應用，在其他各個(gè)行業(yè)的應用也都很廣泛。盡管以太網(wǎng)技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)的通訊方式發(fā)展很快，但伴隨著(zhù)多種通訊方式可以融合并存的發(fā)展趨勢，串行通訊技術(shù)仍會(huì )保持廣泛的應用前景。