现场总线在人造板设备中的应用

内容提要：随着计算机技术，通信技术，集成电路技术及智能传感技术的发展，在工业控制领域出现了一种新兴的控制技术，即现场总线。本文主要阐述了现场总线的特点及现场总线（Profibus）在人造板机器设备中的应用。

关键词：现场总线 Profibus

1.概述

随着计算机技术，通信技术，集成电路技术及智能传感技术的发展，在工业控制领域出现了一种新兴的控制技术，即现场总线。它是上述几种技术的结合，是当今自动控制技术发展的热点，代表了工业控制领域今后的一种发展方向。它的出现，将使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上出现巨大的飞跃，可以说现场总线是控制领域的一场革命，它代表了一种有突破意义的新的控制思想，它将开辟一个新的时代。现场总线出现于80年代后期，从本质上来说，它是一种数字通信协议，是一种应用于生产现场、在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信的系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自控系统和设备有了通信能力。现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）是继基地式气动仪表控制系统，电动单元组合式模拟仪表控制系统，集中实式数字控制系统集散式控制系统DCS后的新一代控制系统。现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”使得“危险分散，控制分散”，但即使是现在流行的DCS 控制，其与工业过程打交道的过程控制站仍然还是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的4～20mA的模拟信号，这正是对分散控制，集中监控思想的违背。而FCS 控制系统真正做到了这一点，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集，数据处理，控制运算和数据输出大部分现场功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。而且现场节点之间可以相互通信实现互操作，现场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机，有益于设备管理。

2.主要现场总线简介

由于现场总线的诸多优点，所以近十年来出现了多种有影响的现场总线，如基金会现场总线F F、profibus、CAN、LONworks、HART等，并得到了广泛的应用。下面仅对前两种现场总线予以简要介绍。

2.1.基金会现场总线FF（Foundat ion F iedbus）

基金会现场总线是国际上几家现场总线经过激烈竞争后形成的一种现场总线，由现场总线基金会推出。与私有的网络总线协议不同，FF总线不附属于任何一个企业或国家。其总线体系结构是参照、ISO的OSI模型中物理层、数据链路层和应用层，并增加了用户层而建立起来的通信模型。FF得到了世界上几乎所有的著名仪表制造商的支持，同时遵守IEC的协议规划，与IEC的现场总线国际标准和草案基本-致，加上它在技术上的优势，所以极有希望成为将来的主要国际标准。

FF总线提供了Hl和H2两种物理层标准。Hl是用于过程控制的低速总线，传输速率为31.25Kbps，传输距离为200m、450m、1200m、1900m四种（加中继器可以延长），可用总线供电，支持本质安全设备和非本质安全总线设备。H2为高速总线，其传输速率为IMbps（此时传输距离为750m）或2.5bps（此时传输距离为500m）。H1和H2每段节点数可达32个，使用中继器后可达240个，Hl和H2可通过网桥互连。FF的突出特点在于设备的互操作性、改善的过程数据、更早的预测维护及可靠的安全性。

2.2.过程现场总线Profibus

Profibus由Siemens公司提出并极力倡导，己先后成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170，是一种开放而独立的总线标准，在机械制造、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。profibus由Profibus-PA、Profibus-DP和Profibus-FMS三个系列组成。Profibus-PA （Process Automation）用于过程自动化的低速数据传输，其基本特性同FF的Hl总线，可以提供总线供电和本质安全，并得到了专用集成电路（ASIC）和软件的支持。profibus-DP与Profibus-PA兼容，基本特'性同FF的H2总线，可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，用于连接Profibus-PA和加工自动化。Profibus-FMS适用于一般自动化的中速数据传输，主要用于传感器、执行器、电气传动、PLC、纺织和楼宇自动化等。后两个系列采用RS485通信标准，传输速率从9.6kbp s到12Mbps，传输距离从1200M到loom（与传输速率有关）。介质存取控制的基本方式为主站之间的令牌方式和主站与从站之间的主从方式，以及综合这两种方式的混合方式。profibus是一种比较成熟的总线，在工程上的应用十分广泛。

3.现场总线在人造板机器设备中的应用

目前，现场总线在国内人造板机器制造业中尚属起步阶段。上海人造板机器厂首先在MDF（中密度纤维板）生产线上应用了现场总线控制方式，并获得了巨大的成功。现在我们以上海人造板机器厂连续平压MDF生产线为例作一简单介绍。

3.2.主要配置：

3.2.1.人机界面层（HMI）。由数据采集服务器、工程师站、操作上位机、趋势和机器参数上位机、配方参数上位机、打印机等组成，并通过网线（TCP/IP）完成与PLC的数据交换。

3.2.2.控制层。由PLC（西门子S7 400系列）组成，是现场总线的主站，主要采集下层和上层信号数据，并根据预先编制的程序完成符合生产工艺的所有动作，是设备控制的核心部分。

3.2.3.PROFIBUS现场总线层。PLC主站通过现场总线（PROFIBUS）与现场的各个从站（包括西门子ET200S、变频器、传感器等）进行通讯。

3.运用现场总线后的主要优点：

3.1.数据交换量大，可实现操作简单、故障诊断详细、历史数据记录和生产报表。

3.2.节省了许多控制电缆。由于主站和现场从站、传感器和执行器都是通过现场总线来传递信息的，所以减少了控制柜到现场的许多控制电缆，也减少了由于电缆所造成的故障。

3.3. PLC由标准的处理器组成，PLC与PLC之间也可通过PROFIBUS现场总线进行通讯，通讯速度可达1500Kbaud.

3.4.系统具有良好的开放性，可与其他网络组成更高级别的系统。

4.结束语

现场总线作为自动化领域的一次革命，它的意义和产生的效益是非常巨大的。通过这种结构可实现对全厂各生产环节有效的监视、管理、指挥、调度。这种结构具有可靠性高、扩展性好，生产工艺适宜性强，比较适合MDF这种中大型的全厂DCS网络控制。积极开展各种现场总线技术在人造板机器控制上的研究和应用，对于人造板机器制造厂家来说可以更好地完善设备功能、增强故障诊断功能、提高设备精度、优化设备生产工艺，同时也避免走很多弯路和资源浪费，是适合我国国情的一个实用的发展途径。

参考文献 ：

[1]夏继强，邢春香，现场总线工业控制网络技术，北京航空航天大学出版社，2005-5-1.

[2]郭琼现场总线技术及其应用，机械工业出版社，2011-3-1.