現場總線技術在熱工控制系統中的應用

介紹現場總線技術及特點，并通過一個實驗系統說明了其在熱工控制領域的應用。最后說明了現場總線技術的應用現狀和存在的不足，并展望了其發展前景。

1現場總線技術簡介

1.1現場總線技術的本質含義

現場總線系統是現場儀表和數字控制系統輸入輸出之間的全數字化、雙向、多站通信的系統。它將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表，使它們各自都具有了數字計算和數字通信能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成網絡系統，并按公開、規范的通信協議，在位于現場的多個微機化測量控制設備之間以及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸和信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統。

1.2現場總線技術的優點

與傳統的DCS系統相比，現場總線系統從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出相當的優越性。

(1)減少硬件數量和投資：分散在現場的智能設備能直接執行多種傳感、測量、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的調節器，計算單元等，也不再需要一些信號調節、轉換等功能單元。

(2)節省安裝費用：一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。

(3)節省維護開銷：現場總線設備具有自診斷與簡單故障處理的能力；通過數字通信將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行、診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除。

(4)用戶具有高度的系統集成主動權：用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統。

(5)提高了系統的準確性與可靠性：與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差，提高了系統的工作可靠性。

本實驗系統選取熱工生產過程中常見的溫度、壓力、流量和液位作為控制對象，采用基于Profibus現場總線的控制系統。下面分別介紹系統的結構和軟件組態。

2.1系統結構

系統布置如圖1所示。它主要包括現場總線控制網絡、液位控制臺、流量控制臺、壓力控制臺、溫度控制臺、上位機系統和PLC，這是一個典型的現場總線控制系統(FCS)。

現場總線技術的一個顯著特點是其開放性。它將原來封閉、專用的系統變成開放、標準的系統。使得不同制造商的產品可以互連，也使得第三方的軟件可以方便地在不同的硬件平臺上應用，從而簡化了用戶對系統的開發。在本系統中，上位機監控軟件就是用美國Wonderware公司的工控組態軟件InTouch7.1開發的，下面作簡要介紹。

2.2軟件組態

該軟件設計要求能夠直觀地展現過程控制中的各個狀態和參數，并對一些參數建立適當的報警機制。軟件設計的主要畫面有過程控制、報警監控、趨勢畫面等。

其中，“過程控制”畫面如圖2所示。

現場總線的出現，給控制領域帶來了一次革命，將開創自動化的新紀元。基于現場總線的控制系統FCS將取代傳統的DCS。但就目前情況來看，現場總線技術的發展還存在著一些問題，需要大家共同努力來解決。

3.1現場總線的應用狀況

隨著大量的現場總線的示范工程和示范工廠的建立，現場總線技術已經度過了啟蒙宣傳階段，進入推廣應用期，企業選用現場總線控制系統的條件已逐漸成熟。

首先，不同現場總線標準和廠商的競爭為用戶選擇系統集成提供了條件；其次，一些現場總線，如基金會現場總線，PROFIBUS等，已經取得了良好的應用業績，并在特定領域得到廣泛認同。

3.2現場總線存在的問題

首先，多種標準并存，沒有一種標準能覆蓋所有的應用面；其次，異種標準的現場總線間缺乏互操作性；再次，現在的應用主要是中小型系統，價格優勢未能體現，顯得比傳統系統開銷還大；最后，還有安全性問題，當總線切斷時，系統可能產生不可預知的后果。

從上面的介紹和實驗系統的操作可以看出，現場總線在系統控制和管理方面都有著優越的性能。因此，可以預見，不久的將來現場總線控制系統將成為工業自動化的主流，在這其中，熱工過程控制可以起著良好的示范作用。