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

1 前言

近些年來(lái)，冶金行業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展得越來(lái)越快，生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用也越來(lái)越多。由于串行通訊方式實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)費(fèi)用低，所以許多監(jiān)控系統(tǒng)大都采用串行通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但因以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線的廣泛應(yīng)用，一些與PLC等控制設(shè)備連接的監(jiān)控系統(tǒng)，多采用以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式。其實(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線與RS485在物理界面上是一致的，只是各種現(xiàn)場(chǎng)總線有自己的通訊協(xié)議而已?？傮w來(lái)講，串行通訊技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，尤其是支持串口設(shè)備聯(lián)入以太網(wǎng)的接口裝置，會(huì)使串口設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)更加方便、應(yīng)用也會(huì)更加廣泛。

2 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)各環(huán)節(jié)中的串行通訊設(shè)備聯(lián)網(wǎng)狀況

在冶金行業(yè)中，串行通訊技術(shù)主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面：

(1) 生產(chǎn)工藝過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng);

(2) 生產(chǎn)中所涉及的各種能源產(chǎn)耗的計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng);

(3) 生產(chǎn)過(guò)程中的原料、產(chǎn)品及半成品的計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

下面結(jié)合冶金企業(yè)這三個(gè)方面的應(yīng)用實(shí)際，介紹一下用串行通訊技術(shù)進(jìn)行智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的情況。

2.1生產(chǎn)工藝過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)

在生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，大多都配有上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。尤其是稍早些的系統(tǒng)，由于當(dāng)時(shí)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還不普及，再加上計(jì)算機(jī)的價(jià)格較高，這樣的監(jiān)控設(shè)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(xiàn)在這樣的系統(tǒng)大都采用了以太網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式，而且一個(gè)系統(tǒng)中往往要配備多套監(jiān)控設(shè)備。不過(guò)在有些工藝控制上，如連鑄機(jī)的生產(chǎn)監(jiān)控、軋鋼加熱爐監(jiān)控系統(tǒng)上這樣的系統(tǒng)也有使用。

有些生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，并不采用與控制設(shè)備連接的方式，而是上位機(jī)通過(guò)串口連接數(shù)據(jù)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(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種介質(zhì)的壓力、溫度、流量的監(jiān)控。由于這樣的系統(tǒng)應(yīng)用靈活，系統(tǒng)投資少，使用效果明顯，所以應(yīng)用越來(lái)越多。這樣的系統(tǒng)往往規(guī)模不大，適合在采用常規(guī)控制的舊系統(tǒng)上實(shí)施。這樣的系統(tǒng)既方便生產(chǎn)操作，又能進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢、分析，對(duì)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(tái)智能儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備實(shí)施控制的模式，在近來(lái)投運(yùn)的系統(tǒng)中也有采用。

2.2 能源產(chǎn)耗量計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)

能源計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)在冶金行業(yè)不僅應(yīng)用越來(lái)越多，而且系統(tǒng)的覆蓋范圍也越來(lái)越廣。冶金企業(yè)實(shí)施這類系統(tǒng)的原因一方面是節(jié)能降耗、降低產(chǎn)品成本的迫切需求;另一方面是數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)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(fèi)用。

就我們企業(yè)來(lái)講，由于近年來(lái)水資源日益匱乏，節(jié)水工作日趨重要。為了節(jié)水降耗，我們企業(yè)于98年實(shí)施了水計(jì)量檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了上層網(wǎng)絡(luò)外，全部采用了串行通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。其中數(shù)據(jù)采集設(shè)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?jī)x表、串口數(shù)傳電臺(tái)(RS232)、RS485/422通迅中繼器。組成了如圖1 所示的數(shù)采系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)中，多串口卡為4口RS485卡;分站為2串口的用戶可開發(fā)通訊控制器;電臺(tái)配有RS232串口可與計(jì)算機(jī)通訊;通迅中繼器在有線超過(guò)1.2千米的地方進(jìn)行信號(hào)放大(圖中略)。對(duì)于較遠(yuǎn)的計(jì)量點(diǎn)，采用了無(wú)線通訊方式。有線方式上設(shè)立分站，是依據(jù)單段上所連接設(shè)備的限制以及地理位置的限制設(shè)計(jì)的，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理。該系統(tǒng)覆蓋了4千米范圍的計(jì)量點(diǎn)，采集了近50個(gè)計(jì)量數(shù)據(jù)。主采站與企業(yè)主干網(wǎng)連接，使企業(yè)各職能部門能實(shí)時(shí)查詢各個(gè)計(jì)量點(diǎn)和各單位的用水情況。該系統(tǒng)對(duì)節(jié)約水利資源，發(fā)揮了重要作用。

水計(jì)量數(shù)采系統(tǒng)投入運(yùn)行后，我們企業(yè)又實(shí)施了煤氣計(jì)量數(shù)采系統(tǒng)。實(shí)施煤氣計(jì)量數(shù)采系統(tǒng)不僅是為了是煤氣數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，主要原因是因?yàn)槠髽I(yè)內(nèi)部所生產(chǎn)的煤氣種類多樣，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)流量數(shù)據(jù)可以進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，還可以根據(jù)不同煤氣的不同熱值情況進(jìn)行補(bǔ)償。煤氣計(jì)量系統(tǒng)與水系統(tǒng)所不同的是，煤氣系統(tǒng)采用近20塊8路A/D數(shù)采模塊，接收常規(guī)儀表的4-20mA信號(hào)，通過(guò)RS485與上位機(jī)進(jìn)行連接，組成串行系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)共有50 多個(gè)采集點(diǎn)的溫度、壓力及熱值數(shù)據(jù)，覆蓋范圍約3千米。系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)數(shù)采部分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

目前，我們企業(yè)正在計(jì)劃將所有能源儀表全部入網(wǎng)，包括電力、氧氣、氮?dú)夂蛪嚎s空氣，仍采用串行通訊方式，并計(jì)劃與水系統(tǒng)容于一體，使全公司所有的能源數(shù)據(jù)都采集進(jìn)機(jī)。實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量工作的現(xiàn)代化管理。

2.3 物資計(jì)量數(shù)據(jù)采集

在物資運(yùn)營(yíng)計(jì)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(jié)構(gòu)都不大相同。物資計(jì)量網(wǎng)的下層一般都采用RS232連接物資計(jì)量?jī)x表和上位機(jī)，這一層物理連接方式大都一致。將各個(gè)計(jì)量站的上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)并將數(shù)據(jù)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(guī)模不宜過(guò)大，而且地理位置也不宜太遠(yuǎn)。該方式如圖3所示。

采用這種方式還需要用戶自己開發(fā)數(shù)據(jù)提交的驅(qū)動(dòng)程序，軟件開發(fā)復(fù)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(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)施傳送。近來(lái)又出現(xiàn)了利用電話線VDSL或MSDSL及電話線路進(jìn)行組網(wǎng)的方案，但對(duì)電話線路質(zhì)量和線路距離要求嚴(yán)格，否則易出現(xiàn)通訊故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于串行通訊技術(shù)有著實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便、系統(tǒng)集成費(fèi)用低以及通訊距離遠(yuǎn)(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)域有著廣泛應(yīng)用，在其他各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也都很廣泛。盡管以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式發(fā)展很快，但伴隨著多種通訊方式可以融合并存的發(fā)展趨勢(shì)，串行通訊技術(shù)仍會(huì)保持廣泛的應(yīng)用前景。