隨著控制、計算機、通訊、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，計算機網(wǎng)絡集成自動化系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中已得到廣泛應用。而作為當今自動化領域技術發(fā)展熱點之一的現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)，則標志著工業(yè)控制領域又一個新時代的開始。它被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)，隨著現(xiàn)場總線技術的不斷完善和推廣，這一技術在許多大、中型水泥廠得到了廣泛的應用。 1 現(xiàn)場總線技術簡介 1.1 現(xiàn)場總線的基本認識 現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通訊系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通訊的底層控制網(wǎng)絡。它作為一個紐帶，把單個分散的各個測量設備連接在一起，使它們之間可以互相通訊，成為共同完成控制任務的系統(tǒng)。 1.2 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)傳入控制室，同時還可為多個設備提供電源，這樣不僅簡化了系統(tǒng)結構，節(jié)約了硬件投資，同時還便于安裝和維護。 1.3 應用較多的幾種現(xiàn)場總線技術 1.3.1 基金會現(xiàn)場總線（FF，F(xiàn)oundation Fieldbus） 它是以美國Fisher-Rosemount公司和Honeywell公司為首，聯(lián)合ABB、西門子等多個公司合并后，成立的現(xiàn)場總線基金會，制定了Word FIP協(xié)議。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。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。由于這些公司是這一領域的主要供貨商，因此由他們組成的基金會所制定現(xiàn)場總線規(guī)范具有一定的權威性。 1.3.2 Lon Works 它是由美國Echelon公司推出并由摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布形成的，它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向對象的設計方法，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通訊設計簡化為參數(shù)設置，其通訊速率從300bps 至1.5Mbps不等,直接通訊距離可達2700m（78kbps，雙絞線）；支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線電、力線等多種通訊介質(zhì)，并開發(fā)了相應的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡。是具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術。 1.3.3 PROFIBUS PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。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，PROFIBUS-FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵循IEC1158-2標準。它采用OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層。FMS還采用了應用層。傳輸速率為9.6kbps ～12Mbps，最大傳輸距在12Mbps時為100m，1.5Mbps時為400m,可用中繼器延長至10k m。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。 1.3.4 CAN總線 CAN是控制局域網(wǎng)總線（Control Area Network）的簡稱，最早有德國BOSCH公司推出，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。由于得到了Motorola,Intel,Philip,Siemens,NEC等公司的支持，它廣泛應用在離散控制領域。CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎上的，不過，其模型結構只有三層，即只取OSI低層的物理層，數(shù)據(jù)鏈層和頂層的應用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線。通訊速率最高可達1Mbps/40m,直接傳輸距離最遠可達10km/5kbps,可接設備數(shù)最多達110個。CAN信號傳輸采用短楨結構，每一貞的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能。以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其他節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。 1.3.5 HART HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。最早由Rosemount公司開發(fā)并得到八十多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會。這種被稱為可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，其特點是現(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)轉變過程中的過渡性產(chǎn)品，因而在當前的過度時期具有教強的市場競爭能力，得到了較快發(fā)展。 它規(guī)定了 一系列命令，按命令方式工作。它有三類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設備都理解，執(zhí)行的命令；第二類成為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現(xiàn)場設備（盡管不是全部）中實現(xiàn)，這類命令包括最常用的現(xiàn)場設備功能庫；第三類稱為特殊設備命令，以便在某些設備中實現(xiàn)特殊功能，這類命令既可以在基金會中開放使用，又可以為開發(fā)此命令的公司所獨有。在一個現(xiàn)場設備中通常可發(fā)現(xiàn)同時存在這三類命令。 HART采用同意的設備描述語言DDL。現(xiàn)場設備開發(fā)商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數(shù)而不必為這些設備開發(fā)專用接口。但由于這些模擬數(shù)字混合信號制，導致那儀開發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。 HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求，并可以組成由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為主設備的雙主設備系統(tǒng)。 2 現(xiàn)場總線技術在水泥廠自動化系統(tǒng)中的應用 在以往水泥廠窯系統(tǒng)工況監(jiān)測中，我們采用的是一對一的模擬控制方式，見圖1 窯尾系統(tǒng)現(xiàn)場控制站。 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入現(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。 讓我們看一下采用PROFIBUS現(xiàn)場總線的控制方式的結構圖，見圖2。 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)PROFIBUS DP/PA耦合器傳入現(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。 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)及時全面的傳入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有幫助。在天津院設計的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，取得了很好的經(jīng)濟效益。 水泥廠的工況較差，粉塵大，特別是燒成系統(tǒng)環(huán)境溫度高，對測量的儀表設備性能要求很高。目前很多廠商的總線儀表性能可靠，調(diào)試和維護方便，為現(xiàn)場總線技術的推廣提供了有力的支持，隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展完善，它在水泥行業(yè)中的應用會更加廣泛。