论述基于现场总线的电气自动化系统

摘要：电气自动化系统是现代工业的一个重要的标志，也是现代工业科学技术发展的核心技术。而随着现代的信息技术的进一步发展，也给电气自动化领域带来了翻天覆地的变革，越来越多的电气自动化控制领域必须借由现场总线技术进行主导。只有加强对于现场总线技术的探索，才能给电气自动化系统的发展提供更多的空间。

关键词：现场总线技术；电气自动化；发展；控制系统；

中图分类号：P415.1+3 文献标识码：A文章编号：

现场总线是一种工业上的数据总线，是以工厂内部的测量以及控制机器之间的数字通讯为主要组成部分的网络，在电气自动化系统中属于中低层的数据通信网络。它在处理工业现场的一些智能化的仪表仪器、控制器和执行机构等等现场的机械设备之间的信息传递以及解决这些工业现场的控制设备与更高级的控制系统之间的联系有着重要的作用。又因为其简单实用、经济可靠，因此受到许多计算机厂商或者团体的青睐，在工业现场中得到广泛的运用。

本文将通过简述电气自动化系统的概要，分析现场总线技术的发展，具体谈谈电气自动化系统中现场总线的控制系统。

一、电气自动化系统概述

电气自动化的技术是一门电气信息领域的应用技术，是从电气工程的技术中延伸出来并与现代的电子信息技术密切结合的一门新型学科，由于其能够广泛的应用与农业、工业乃至于国防事业中，并发挥出重要的作用，所以，经过将近一个世纪的发展，已经比较成熟，并还在不断的发展，其发展的现状主要表现为：

1、在控制的方法策略上，向着智能化、适应化、协调化、最优化、区域化的方向发展。

2、在设计分析方面，要求其能够同时面对多台及其的系统模型处理相关的问题。

3、在理论工具方面，能够运用愈来愈多的现代科学控制理论进行研究。

4、在控制手段方面，增加了对于电力电子器件、远程通信以及微机的应用范围。

5、在研究的相关工作人员方面，逐渐形成了联合更多专业人才共同开发的局面。

二、现场总线技术的发展

现场总线的发展是目前电气自动化发展领域的热点问题之一，被人们誉为电气自动化领域内的一个计算机局域网络。在我国，由于对于现场总线技术的研究工作开展的比较晚，导致我国现场总线技术无论是从其理论研究层面，还是在实际的应用层面，都与国外的先进水平有着不小的差距。因此，加强对于现场总线技术的研究工作，对于我国的电气自动化行业来讲，有着更为深层次的意义。

现场总线是把工厂内部的测量与控制机器之间的数字通信组建成为一个网络，也被称之为现场网络。各个传感器和操作终端设备以及控制器之间的主体配线是是ON/OFF、模拟信号以及接点信号，通过将通讯数字化，从而使得其在时间的分割、多点化、多重化能够实现，不仅能够有效的节省安装和维护的费用，也加强了电气自动化系统的可靠性，并提供给用户更为灵活的系统集成主动权。

现场总线的网络技术，是现代工业在控制技术领域的一个新的标志，涉及到多个技术领域的内容，包括自动化、通信、计算机等等，并且还处于不断的发展壮大之中。随着现场总线技术的进一步发展成熟，必然会促使电气自动化的控制系统从DCS向着FCS过渡。而现场总线技术的新发展，也必然会针对控制系统的网络组态、软件设计、硬件组成还有监控的界面进行全面的自动化处理以及结构控制。基于现场总线的电气自动化系统能够从结构控制系统中实现主站对于若干个智能从站的实时管理监控，在系统组成、模糊控制以及技术优势上的实现跨越。

三、电气自动化系统中现场总线的控制系统

现场总线的控制系统从本质上来讲，就是一种双向的串联链路，从而实现上层的自动化控制系统与控制设备件的联系，进而为现场设备的智能化，尤其是工厂综合自动化提供技术支持。

1. 控制器与现场设备的控制管理

工厂现场设备的电气控制方式主要有两种，即现场设备的就地控制和现场设备的远程控制。两种控制方式存在着较大的差别，在现场设备的就地控制模式下，现场设备的控制指令主要由现场设备附近的就地操作箱上面的特定装置完成，该就地操作箱与动力站的控制设备连接在一起，就地操作箱的操作指令会以信号的形式传输给动力站的控制设备。然而，在现场设备的远程控制模式下，现场设备的控制管理则需要上位机下达相应的指令，并经过Profibus-DP总线传达给现场设备控制设备。不管是现场设备的就地控制模式还是远程控制模式，PLC均能够利用Profibus-DP总线对控制器当中存储的故障信息和设备运行信息进行读取。在切换就地控制模式和远程控制模式的时候，需要实现无扰切换。所谓的“无扰切换”主要是指设备平稳的状态不会因为就地控制模式和远程控制模式的切换而产生扰动操作模式切换的顺畅性是现场总线控制系统电路与程序设计需要重点考虑的因素之一。就地控制模式和远程控制模式的切换不应该对继电器的启动动作产生扰动影响，并使变频器保持在操作模式切换之前的启动信号状态

2. 控制器和PLC 的控制管理

马达保护器、软启动器以及变频器等统称为控制器，在实现总线控制之后，控制器内部的各种控制参数需要进行重新设定。控制器的初始设置不仅可以利用控制器本身自带的键盘来完成设置，也能够利用PLC通过Profibus-DP总线来完成设置，同时实现对控制器的实时监测与动态控制。PLC 当中对电机的故障代码、电机额定功率、额定电流、频率反馈、控制字、状态字以及电机控制类型等控制变量进行了统一设置。其中，故障代码允许工作人员通过远程控制的方式实现对现场设备的远程诊断，及时快速地找到故障原因，并提出解决方案；状态字主要包括合闸/分闸、故障/急停、运行/停止、总线/就地等信息；控制字主要包括电机启停和故障复位等信息；电机的额定电流、额定功率和故障代码主要是对应于总线控制设备；频率反馈和频率设置则主要是对应于变频器。

3. 上机位和PLC 的控制管理

上位机和PLC 的通讯，采用 DA-Server 作为接口，DA-Server根据设定时间比如1000ms来读写需要与PLC交互的数据。上位机则是以事件形式读取接口中的数据。这些数据信息的读写，需要上位机进行解码及编码，以对应到特定位，实现PLC中控制字及状态字在上位机画面的显示。对马达保护器、变频器等设备，通过通讯读取需要特别关注的参数以显示在画面中。如马达保护器变频器等实时运行状态、运行累计时间、报警信息、电压电流值、就地远程、以及设备参数的设置等相关信息。

4. 上机位和服务器的控制管理

上位机和PLC之间的通讯使得画面能够获得设备运行的实时数据。如若需要生产的历史数据或者关键的性能指标，则需要从服务器中提取相关数据。各PLC设备将总线传输的与系统密切相关的设备数据存储到服务器，上位机利用Active Factory分析报表工具读取服务器的历史数据，以跟踪系统信息，并对信息进行分析、计算、处理，得到系统设备的历史曲线、报警信息、整个系统的效率、耗电量、电压电流运行值等。系统运行数据可视化后，管理人员能够在详细的数据趋势及信息基础上，采取行动优化系统控制。生成数据报表及设备管理报表，提高系统运行效率。

参考文献：

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