现场总线在现代工业自动化中的应用

张志斌

摘 要：现场总线技术是现代自动化领域中最为重要的技术之一，这种技术的出现不仅彻底改变了传统控制系统的结构，同时也大大推动了自动化控制系统的发展，而在工业领域中，基于现场总线技术的自动化控制系统成了当前工业自动化的主要发展方向，相比于传统控制系统无论是生产成本、生产效率还是稳定性、可靠性都体现出了很大的优势。为此，该文现场总线技术及其特点进行了简单介绍，并对其在汽车制造、矿井监控等诸多工业自动化领域中的应用进行了分析。

关键词：工业自动化；现场总线；自动控制系统

中图分类号：TP273 文献标志码：A

0 引言

从目前来看，现场总线技术凭借着其在高精度、分散化等方面的显著特点已经引起了人们的高度重视，尤其是在工业自动化领域，基于现场总线的自动化控制系统更是为很多行业的生产提供了巨大帮助，因此，对于现场总线技术在现代工业自动化中应用研究是非常具有现实意义的。

1 现场总线技术概述

1.1 现场总线技术的概念

现场总线简单来说就是利用电线、光缆、无线电等各种介质在现场电器、仪表、设备以及主机系统间构成一个双向、多站、数字化的通信网络，从而实现不同现场设备间的数据信息交换。而从另一角度来看，我们也可以将现场总线简单理解为应用于现场的总线技术，与传统控制系统，现场总线无须采用并联式的接线方式的接线方式来将整个通信系统的导线合并在一起，而是只需通过一根导线即可完成对所有现场设备的连接，并为数据、信号的传输提供支持，而这根导线自然也就被称为总线。另外由于这种总线技术通常只用于现场设备的通信，因此被简称为现场总线技术。

1.2 现场总线技术的特点

从原理上来看，现场总线之所以能够通过一根导线将所有现场设备与主机系统连接起来，主要是由于其采用串行的方式对传统控制系统中并联信号传输连接进行了替换，因此与传统控制系统相比，现场总线技术在很多方面也都具有比较突出的特点。首先，基于串行的数据信号传输与连接方式，现场总线在布线方式上做出了很大的改变，不仅采用了双绞线，同时还直接选择信号线来加载电源，因此无论是布线还是系统结构都是比较简单、直观的。其次，基于现场总线技术，现场设备、仪表能够与不同的控制系统建立连接，在系统开发上也不具备太高的约束与要求，因此其成本较低、开放程度则比较高。此外，现场总线主要应用于现场控制或采集工作，因此其对于数据可靠性、完整性、传输速率以及传输效率等都有着较高的要求，而为了满足要这一要求，现场总线通常都会具备故障的自我诊断与自我处理功能，再加上其本身良好的抗干扰能力，因此其可靠性与实时性是比较突出的。

2 现场总线技术在现代工业自动化中的实际应用

2.1 现场总线在汽车制造领域的应用

现场总线技术在汽车制造领域的应用主要体现在重型汽车的驱动桥壳生产商。一般来说，重型汽车的驱动桥壳在现代化生产中需要依靠工业机器人、伺服启动器、变频器等一系列设备来完成，而这些设备则需要由基于现场总线的自动化控制系统来进行控制。这类现场总线不仅能够在各个加工设备间实现通信连接，同时还能够将设备的运行参数、维护信息等数据存储起来，为后期的运行维护工作提供有效的数据信息支持，对于驱动桥壳全生产过程的自动化控制都是十分有力的。另外，应用于驱动桥壳的现场总线还具有效率高、精度高、系统简、节省成本等特点，在目前的重型汽车生产中具有十分广泛的应用。

2.2 现场总线在发电领域的应用

近年来，随着我国智能电网建设的不断深入，现场总线技术作为实现自动化控制的关键，也逐渐被应用到了发电领域之中，而PROFIBUS现场总线则正是其中应用最为广泛的一种。基于PROFIBUS现场总线的自动化控制系统通常被用于发电机组的主辅控车间，对DCS、监控设备和故障诊断系统进行控制，其本身强大的抗干扰能力与故障处理能力能够充分满足发电厂各现场设备在可靠性方面的要求，而与传统自动化控制系统相比，其在控制方式、网络结构等方面的创新也能够為分散化的发电设备控制提供支持，因此这种现场总线技术已经得到了我国很多大型发电厂的应用。

2.3 现场总线在水泥生产领域中的应用

近年来我国各领域工程建设的规模都不断扩大，而水泥生产企业也随着水泥需求量的提升向着自动化、智能化的方向发展，在这一过程中，现场总线工业自动化领域中的关键技术，也得到了较为广泛的应用。从目前来看，水泥生产中的现场总线技术主要集中在设备监控、故障监测等方面，一般都是利用光缆对中央控制站与现场控制器进行连接，之后由控制器经过耦合器与现场总线仪表，从而实现耦合器与现场仪表间的通信，为设备参数监控提供实时数据，与传统的模拟控制模式相比，这种自动化控制模式更加快捷、方便，同时线缆费用、维护成本以及生产效率方面也具有很大的优势。

2.4 现场总线在锅炉控制领域的应用

锅炉在工业领域中的应用是十分广泛的，要想保证锅炉机组的高效可靠运行，同样需要依靠自动化控制系统。从目前来看，常见的锅炉控制系统有过程控制系统与辅机控制系统2种，其中过程控制系统正是基于现场总线技术实现的，这类锅炉控制系统一般都会采用先进的编程软件监控软件来用于实现锅炉监控功能，并通过操作员站和工程师站来对锅炉机组的运行状态进行监控，而现场控制器与操作员站、工程师站间的通信则是利用PROFIBUS现场总线来进行连接的。另外，为保证系统的可靠性，锅炉过程控制系统通常还会在现场总线网络上采取冗余设计，从而避免因网络问题而影响系统通信。

2.5 现场总线在矿产资源开发领域的应用

近年来，矿井安全事故在我国频频发生，而为了保证矿井生产现场的安全，很多矿产资源开发企业也都利用现场总线技术建立矿井监控系统，象煤矿井下胶带监控系统等。从结构上来看，这类矿井监控系统主要可分为上位机、现场控制主站、从站以及其他现场设备几部分，通过通信模块与现场控制主站间通信连接的建立来构建以实现分布式网络系统时，并利用PLC装置来实现对现场设备的控制，在驱动程序控制现场设备采集数据后，矿井下的各类数据参数会经软件运行后动态显示出来，同时反馈给现场设备并进行针对性的调节，这样在实现所有现场设备间通信的同时，系统也能够保持稳定运行。

3 结语

总而言之，现场总线技术在可靠性、实时性、布线方式等方面的优势使其在现代工业自动化生产中具有非常高的应用价值，而随着现场总线技术的不断发展，未来其在工业自动化中的应用领域还将更加广泛。

参考文献

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