淺談現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用 (1)

1、E11回通~~盹缸若去工程技術(shù)淺談現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用李志梅(廣東省科學院自動化工程研制中心廣州510070)摘要:現(xiàn)場總線技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制革統(tǒng)之間的信息傳遞問題。本文結(jié)合呆卷煙廠制絲線管控革統(tǒng)的自動化應(yīng)用，對現(xiàn)場總線技術(shù)進行了分析探討。關(guān)鍵詞z現(xiàn)，場總線技術(shù)自動化應(yīng)用中圖分類號:THl文獻標識碼:A文章編號

2、:16723791(2011)02(c)一006401現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點通信網(wǎng)絡(luò)，它也被稱為現(xiàn)場底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。20世紀80年代以來，各種現(xiàn)場總線技術(shù)開始出現(xiàn)，人們要求對傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來越高，從而使現(xiàn)場總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國儀表協(xié)會(ISA)于1984年開始制訂現(xiàn)場總線標準，在歐洲|有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現(xiàn)場總線標準陸續(xù)形

3、成。1結(jié)構(gòu)特點系統(tǒng)采用蘭級網(wǎng)絡(luò)連接四個層次，三級網(wǎng)絡(luò)分別負擔各自的信息傳遞任務(wù)。電機啟動器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PROFIBUSDP網(wǎng)g數(shù)字量傳感執(zhí)行器(含光電開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥等)、大部分模擬量設(shè)備通過現(xiàn)場110接入PROFIBUSDP網(wǎng)。監(jiān)控服務(wù)器、現(xiàn)場監(jiān)控機、PLC、獨立主機控制段的PLC接入工業(yè)以太網(wǎng)g監(jiān)控服務(wù)器、中央監(jiān)控機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶機接入Ether網(wǎng)。2方案介紹(1)設(shè)備控制層。設(shè)備控制層采用現(xiàn)

4、場總線控制系統(tǒng)，主要由每個工藝段的控制主站、分布式110站、單機設(shè)備(如電子皮帶秤、切絲機、切梗絲機等)、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器檢測機構(gòu)、水分儀、變頻器及PROFIBUS網(wǎng)等組成。(2)集中監(jiān)控層。集中監(jiān)控層主要由監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控機及工業(yè)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)器件等設(shè)備，以及監(jiān)控組態(tài)軟件、網(wǎng)絡(luò)通訊軟件組成。(3)信息管理層。信息管理層是制絲線管控系統(tǒng)的重要部分，它完成對整個成品絲生產(chǎn)過程的所有物流和信息流的統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度，系統(tǒng)接受用戶的請

5、求，及時作出響應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)和批次信息，將這些任務(wù)下發(fā)給集中監(jiān)控層和設(shè)備控制層，并監(jiān)控執(zhí)行情況。信息管理系統(tǒng)內(nèi)容包括以下幾方面。生產(chǎn)管理:根據(jù)周生產(chǎn)作業(yè)計劃生成日作業(yè)任務(wù)g對生產(chǎn)情況進行統(tǒng)計和查詢g實現(xiàn)儲柜和電子秤累計統(tǒng)計管理g完成投入產(chǎn)出、物料消耗和能源消耗統(tǒng)計。工藝管理:工藝標準管理。質(zhì)量管理:工藝參數(shù)采集、工藝參數(shù)管理、工藝參數(shù)分析。設(shè)備管理:建立設(shè)備檔案g建立備件關(guān)系檔案g有效作業(yè)率分析g設(shè)備維修g故障及維修記錄歸檔分析

6、g設(shè)備維修費用、維修物料消耗統(tǒng)計。系統(tǒng)管理:完成用戶管理、授權(quán)管理、數(shù)據(jù)維護等。3系統(tǒng)的配置(1)設(shè)備控制層。設(shè)備控制層采用PROFIBUS現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，PROFIBUSDP現(xiàn)場總線連接控制主站、現(xiàn)場110站、變頻器、水分儀、分散的流量計、電子秤核子秤和切絲機等。其中，PLC控制主站使用可靠性高、功能強大的西門子S7400和S7300可編程控制器sPROFIBUSDP使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，各節(jié)點總距離應(yīng)小于200m，大于200m時采用

7、中繼器，傳輸速率可達到1.5M，滿足了系統(tǒng)實時性要求，現(xiàn)場110站由倍福公司BC3100總線禍合器控制器及110模塊、倍福公司KL8001智能電機啟動器組成。(2)集中監(jiān)控層。中央控制室的中央監(jiān)控機和車間的現(xiàn)場監(jiān)控機構(gòu)成集中監(jiān)控層。中央控制室設(shè)數(shù)臺中央監(jiān)控機分別監(jiān)控不同的工藝段。監(jiān)控服務(wù)器放置在中央控制室，雙機熱備份。中央監(jiān)控機放置在中央控制室，每臺分別負責不同工藝段的監(jiān)控，中央監(jiān)控機可以互相備份。設(shè)現(xiàn)場監(jiān)控機，正常情況下，不做操作只作

8、查詢。特殊情況下，在授權(quán)后實現(xiàn)操作功能。選用西門子公司W(wǎng)inCC6.0作為監(jiān)控軟件。(3)CS及BS結(jié)構(gòu)應(yīng)用o在某卷煙廠制絲線管控系統(tǒng)中，采用了客戶機服務(wù)器模式(ClientServer，簡稱CS)和Web瀏覽器服務(wù)器模式(BrowserServer，簡稱BS)兩種系統(tǒng)平臺相結(jié)合的模式實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能以及未來擴展功能。對于需要快速反應(yīng)和統(tǒng)計分析的核心功能采用CS模式，使用定制的客戶端應(yīng)用程序完成。對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢、信息發(fā)布等功能則可以考

9、慮采用BS模式實現(xiàn)，簡化客戶端，客戶機只需安裝通用的瀏覽器軟件，無論是決策層還是操作層的人員都無需培訓，就可以直接使用。(4)網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。技術(shù)先進、功能完善、質(zhì)量可靠的電視監(jiān)控系統(tǒng)，是保障新制絲線安全、高效運轉(zhuǎn)和科學管理的重要手段。通過電視監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員、管理人員可及時掌握制絲車間重點部位及設(shè)備運行的情況、生產(chǎn)流程64科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFMATION情況、故障產(chǎn)生情況，及時對設(shè)備進行控制、對生產(chǎn)

10、過程進行管理，并應(yīng)付處理各種突發(fā)事件，有效地保障了生產(chǎn)的正常、安全、有序進行。同時提高生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)管理的工作效率，為科學管理和決策提供依據(jù)。利用先進的數(shù)字技術(shù)與模擬系統(tǒng)相結(jié)合的原則來完成系統(tǒng)功能。監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、信號傳輸分配、控制、圖像的處理與顯示四部分組成。4系統(tǒng)的特點(1)可靠性。運行安全可靠、控制穩(wěn)定是對系統(tǒng)最基本也是最重要的要求。為保證系統(tǒng)的質(zhì)量可靠，一是在總體設(shè)計上采用先進而成熟的技術(shù)，如:現(xiàn)場總線、分布式110等g二是統(tǒng)

11、一使用國內(nèi)外名牌廠家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品g二是在設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試中統(tǒng)一執(zhí)行嚴格標準。(2)開放性。在保證安全可靠的前提下，系統(tǒng)具有良好的開放性，主要措施為:結(jié)合廠內(nèi)信息化建設(shè)現(xiàn)狀，采用開放的通用的網(wǎng)絡(luò)接口g采用開放式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)g軟件開發(fā)中遵守標準的軟件開發(fā)流程。(3)高效性。整個系統(tǒng)高度的信息化、自動化，極大地提高生產(chǎn)及管理的效率。信息的傳遞均采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式，替代了原來的人為抄送3系統(tǒng)的操作均可在中央監(jiān)控機上實現(xiàn)，替代現(xiàn)場的操作，減

12、少現(xiàn)場操作人員。(4)可維護性。在器件選型上，選用統(tǒng)一的元器件，減少器件種類，壓縮備件庫存，方便備件更換。統(tǒng)一軟件編制，有完整的故障診斷能力，將故障點定位到每一個分布式110站，在監(jiān)控機上有彈出式全中文故障點提示。(5)經(jīng)濟實用性。在保證技術(shù)先進、質(zhì)量可靠、功能完善的前提下，通過先期完整、合理的方案配置達到最佳的性價比。也要考慮到今后技術(shù)上的發(fā)展，使系統(tǒng)在軟硬件的升級和換代方面留有余地。5結(jié)語總之，現(xiàn)場總線技術(shù)的興起，開辟了工廠底層網(wǎng)絡(luò)

13、的新天地。它將促進企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來新的效益，因而會得到廣泛的應(yīng)用，并推動自動化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。E11回通~~盹缸若去工程技術(shù)淺談現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用李志梅(廣東省科學院自動化工程研制中心廣州510070)摘要:現(xiàn)場總線技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制革統(tǒng)之間的信息傳遞問題。本文結(jié)合呆卷煙廠制絲線管控革統(tǒng)的自動化

14、應(yīng)用，對現(xiàn)場總線技術(shù)進行了分析探討。關(guān)鍵詞z現(xiàn)，場總線技術(shù)自動化應(yīng)用中圖分類號:THl文獻標識碼:A文章編號:16723791(2011)02(c)一006401現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備和自動化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點通信網(wǎng)絡(luò)，它也被稱為現(xiàn)場底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。20世紀80年代以來，各種現(xiàn)場總線技術(shù)開始出現(xiàn)，人們要求對傳統(tǒng)的模擬儀表和控制系統(tǒng)變革的呼聲也越來越高，從而使現(xiàn)場總線成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國儀表協(xié)會(ISA

15、)于1984年開始制訂現(xiàn)場總線標準，在歐洲|有德國的PROFIBUS和法國的FIP等，各種現(xiàn)場總線標準陸續(xù)形成。1結(jié)構(gòu)特點系統(tǒng)采用蘭級網(wǎng)絡(luò)連接四個層次，三級網(wǎng)絡(luò)分別負擔各自的信息傳遞任務(wù)。電機啟動器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PROFIBUSDP網(wǎng)g數(shù)字量傳感執(zhí)行器(含光電開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥等)、大部分模擬量設(shè)備通過現(xiàn)場110接入PROFIBUSDP網(wǎng)。監(jiān)控服務(wù)器、現(xiàn)場監(jiān)控機、PLC、獨立主機控制段的PLC接入工業(yè)以太網(wǎng)

16、g監(jiān)控服務(wù)器、中央監(jiān)控機、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶機接入Ether網(wǎng)。2方案介紹(1)設(shè)備控制層。設(shè)備控制層采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，主要由每個工藝段的控制主站、分布式110站、單機設(shè)備(如電子皮帶秤、切絲機、切梗絲機等)、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器檢測機構(gòu)、水分儀、變頻器及PROFIBUS網(wǎng)等組成。(2)集中監(jiān)控層。集中監(jiān)控層主要由監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控機及工業(yè)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)器件等設(shè)備，以及監(jiān)控組態(tài)軟件、網(wǎng)絡(luò)通訊軟件組成。(3)信息管理層。信息管理層是制

17、絲線管控系統(tǒng)的重要部分，它完成對整個成品絲生產(chǎn)過程的所有物流和信息流的統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度，系統(tǒng)接受用戶的請求，及時作出響應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)和批次信息，將這些任務(wù)下發(fā)給集中監(jiān)控層和設(shè)備控制層，并監(jiān)控執(zhí)行情況。信息管理系統(tǒng)內(nèi)容包括以下幾方面。生產(chǎn)管理:根據(jù)周生產(chǎn)作業(yè)計劃生成日作業(yè)任務(wù)g對生產(chǎn)情況進行統(tǒng)計和查詢g實現(xiàn)儲柜和電子秤累計統(tǒng)計管理g完成投入產(chǎn)出、物料消耗和能源消耗統(tǒng)計。工藝管理:工藝標準管理。質(zhì)量管理:工藝參數(shù)采集、工藝參數(shù)管

18、理、工藝參數(shù)分析。設(shè)備管理:建立設(shè)備檔案g建立備件關(guān)系檔案g有效作業(yè)率分析g設(shè)備維修g故障及維修記錄歸檔分析g設(shè)備維修費用、維修物料消耗統(tǒng)計。系統(tǒng)管理:完成用戶管理、授權(quán)管理、數(shù)據(jù)維護等。3系統(tǒng)的配置(1)設(shè)備控制層。設(shè)備控制層采用PROFIBUS現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，PROFIBUSDP現(xiàn)場總線連接控制主站、現(xiàn)場110站、變頻器、水分儀、分散的流量計、電子秤核子秤和切絲機等。其中，PLC控制主站使用可靠性高、功能強大的西門子S7400和S73

19、00可編程控制器sPROFIBUSDP使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，各節(jié)點總距離應(yīng)小于200m，大于200m時采用中繼器，傳輸速率可達到1.5M，滿足了系統(tǒng)實時性要求，現(xiàn)場110站由倍福公司BC3100總線禍合器控制器及110模塊、倍福公司KL8001智能電機啟動器組成。(2)集中監(jiān)控層。中央控制室的中央監(jiān)控機和車間的現(xiàn)場監(jiān)控機構(gòu)成集中監(jiān)控層。中央控制室設(shè)數(shù)臺中央監(jiān)控機分別監(jiān)控不同的工藝段。監(jiān)控服務(wù)器放置在中央控制室，雙機熱備份。中央監(jiān)控機放

20、置在中央控制室，每臺分別負責不同工藝段的監(jiān)控，中央監(jiān)控機可以互相備份。設(shè)現(xiàn)場監(jiān)控機，正常情況下，不做操作只作查詢。特殊情況下，在授權(quán)后實現(xiàn)操作功能。選用西門子公司W(wǎng)inCC6.0作為監(jiān)控軟件。(3)CS及BS結(jié)構(gòu)應(yīng)用o在某卷煙廠制絲線管控系統(tǒng)中，采用了客戶機服務(wù)器模式(ClientServer，簡稱CS)和Web瀏覽器服務(wù)器模式(BrowserServer，簡稱BS)兩種系統(tǒng)平臺相結(jié)合的模式實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能以及未來擴展功能。對于需要快速

21、反應(yīng)和統(tǒng)計分析的核心功能采用CS模式，使用定制的客戶端應(yīng)用程序完成。對于系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢、信息發(fā)布等功能則可以考慮采用BS模式實現(xiàn)，簡化客戶端，客戶機只需安裝通用的瀏覽器軟件，無論是決策層還是操作層的人員都無需培訓，就可以直接使用。(4)網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。技術(shù)先進、功能完善、質(zhì)量可靠的電視監(jiān)控系統(tǒng)，是保障新制絲線安全、高效運轉(zhuǎn)和科學管理的重要手段。通過電視監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員、管理人員可及時掌握制絲車間重點部位及設(shè)備運行的情況、生產(chǎn)流程64

22、科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFMATION情況、故障產(chǎn)生情況，及時對設(shè)備進行控制、對生產(chǎn)過程進行管理，并應(yīng)付處理各種突發(fā)事件，有效地保障了生產(chǎn)的正常、安全、有序進行。同時提高生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)管理的工作效率，為科學管理和決策提供依據(jù)。利用先進的數(shù)字技術(shù)與模擬系統(tǒng)相結(jié)合的原則來完成系統(tǒng)功能。監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、信號傳輸分配、控制、圖像的處理與顯示四部分組成。4系統(tǒng)的特點(1)可靠性。運行安全可靠、控制穩(wěn)定是對系統(tǒng)最基本也是最

23、重要的要求。為保證系統(tǒng)的質(zhì)量可靠，一是在總體設(shè)計上采用先進而成熟的技術(shù)，如:現(xiàn)場總線、分布式110等g二是統(tǒng)一使用國內(nèi)外名牌廠家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品g二是在設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試中統(tǒng)一執(zhí)行嚴格標準。(2)開放性。在保證安全可靠的前提下，系統(tǒng)具有良好的開放性，主要措施為:結(jié)合廠內(nèi)信息化建設(shè)現(xiàn)狀，采用開放的通用的網(wǎng)絡(luò)接口g采用開放式的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)g軟件開發(fā)中遵守標準的軟件開發(fā)流程。(3)高效性。整個系統(tǒng)高度的信息化、自動化，極大地提高生產(chǎn)及管理的效

24、率。信息的傳遞均采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式，替代了原來的人為抄送3系統(tǒng)的操作均可在中央監(jiān)控機上實現(xiàn)，替代現(xiàn)場的操作，減少現(xiàn)場操作人員。(4)可維護性。在器件選型上，選用統(tǒng)一的元器件，減少器件種類，壓縮備件庫存，方便備件更換。統(tǒng)一軟件編制，有完整的故障診斷能力，將故障點定位到每一個分布式110站，在監(jiān)控機上有彈出式全中文故障點提示。(5)經(jīng)濟實用性。在保證技術(shù)先進、質(zhì)量可靠、功能完善的前提下，通過先期完整、合理的方案配置達到最佳的性價比。也要考慮到