PROFIBUS在水泥工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言
　　水泥工業(yè)作為當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位。隨著計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，水泥工業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)正向著智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備層到控制、管理的各個(gè)層次，既可以將一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)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(hù)、組態(tài)命令甚至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作電源等送往各相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間及其更高控制管理層之間的聯(lián)系。
2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介
2．1 現(xiàn)場(chǎng)總線基本認(rèn)知
　　現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)之間一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線，它位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的低層，也稱為低層控制網(wǎng)絡(luò)。它與工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接連接，將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制設(shè)備互聯(lián)為通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段、不同現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)備的信息共享；同時(shí)又將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各種信號(hào)傳到遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室，并進(jìn)一步與操作終端、上層控制管理網(wǎng)絡(luò)連接和信息共享。
2．2 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)
　　在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)的儀表設(shè)備與控制室的控制器之間，通常采用一對(duì)一的物理連接，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的通訊。而在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)的儀表設(shè)備多采用智能化設(shè)備，通訊方式由數(shù)字信號(hào)取代了模擬信號(hào)，只需一根電纜即可將多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)傳人控制室，同時(shí)還可為多個(gè)設(shè)備提供電源，這樣不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了硬件投資，同時(shí)還便于安裝和維護(hù)。
　　 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
　?。?）系統(tǒng)開(kāi)放性好，基于同一種總線協(xié)議的不同廠家的設(shè)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(qiáng)；
　　（4）具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)可節(jié)省硬件投資和安裝費(fèi)用。
2．3 幾種主要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
2．3．1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF，F(xiàn)oundation Fieldbus）
　　它以ISO／OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通訊模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)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(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)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(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)稱，最早用于汽車內(nèi)部測(cè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)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(yīng)用層。
2．3．4 HART
　　HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。特點(diǎn)是現(xiàn)在有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向熟悉系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡性產(chǎn)品。
2．3．5 PROFIBUS
　　Profibus是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)公司和研究所共同推出的。DP型用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，PROFIBUSFMS適用于紡織、樓字自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全的傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了IEC1158-2中規(guī)定的通訊規(guī)程，用于對(duì)安全性要求高的場(chǎng)合及由總線供電的站點(diǎn)。
　　Profibus的傳輸速率為9．6kbps一12Mbps，最大傳輸距在12Mbps時(shí)為100m，1．5Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)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(gè)站點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的會(huì)員單位已有1000多家，支持該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品有2O0余種，市場(chǎng)占有率已達(dá)20％左右。Profibus是世界上最成熟、市場(chǎng)占有率最高的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。