现场总线技术在玻璃配料系统中的应用研究
日期：2006-7-28 22:31:32 来源：本文摘自《PLC&FA》
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原料配料是玻璃生产工艺的核心。对原料进行科学的配比和精确的计量是保证玻璃质量的首要条件，而配料控制系统设计是影响配料工艺质量优劣的关键[1]。目前，国内玻璃生产线采用的控制系统大都为集散控制系统(DCS)，这种控制系统大多为模拟数字混合系统，尚未形成从测控设备到操作控制计算机的完整网络，在技术上有很大的局限性。由于采用单一信号传输以致可靠性差，互操作性差，不能很好的对现场设备进行实时控制。
现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。它把微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、控制和传输精度[2]。近年来，随着现场总线技术的推广，将传统的配料控制系统改进为基于现场总线的控制系统成为科技进步的必然趋势。本文结合工程实际，介绍了一种基于现场总线技术的玻璃配料控制系统的设计并在实际应用中取得了良好的效果。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们具有了一定的数字计算及通信能力，成为独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们分别通过双绞线、同轴电缆、光纤等多种途径进行信息传输，这样就形成了以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。可以认为，现场总线是通信总线在现场设备中的延伸，允许将各种现场设备，如变送器、调节阀、基地式控制器、记录仪、显示器、PLC及手持终端和控制系统之间，通过同一总线进行双向多变量数字通讯。
现场总线控制系统(Fieldbus Control System)是继集散控制系统(DCS)之后，出现的又一种新型的工业控制系统。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表(设备)在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。它改变了原有的控制体系结构，使模拟与数字混合的集散控制，更新为全数字的控制，它用开放的现场总线网络，将现场各控制器及智能仪表互联，构成可操作的现场总线控制系统。它把控制功能彻底下放到现场，真正做到控制分散、危险分散、集中监控和全数字化。因此，FCS实质是一种开放的、可互操作性的、彻底分散的、分布式控制系统，因此比DCS又前进了一步。
现场总线控制系统(FCS)与传统集散控制系统DCS构对比如图1所示[3]。
3 基于Profibus总线的玻璃配料控制系统的设计
3.1 Profibus现场总线概述
PROFIBUS是SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，它不依赖生产厂家，各种各样的自动化设备均可以通过同样的接口交换信息。PROFIBUS用于分布式I/O设备、传动装置、PLC和基于PC的自动化系统。PROFIBUS由3个兼容部分组成[4]，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一种高速低成本通讯连接，用于设备级控制系统和分散式I/O通讯，它的实时性好，数据传输速率9.6kbps-12Mbps，响应时间为几百微妙到几百毫秒。数据传输技术采用RS-485，传输介质是可屏蔽双绞线或光纤。此外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。经过扩展的PROFIBUS-DP的诊断功能能对故障进行快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站采集，并且采用开放式通信网络，允许构成单主站或多主站系统。
1 引言
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原料配料是玻璃生产工艺的核心。对原料进行科学的配比和精确的计量是保证玻璃质量的首要条件，而配料控制系统设计是影响配料工艺质量优劣的关键[1]。目前，国内玻璃生产线采用的控制系统大都为集散控制系统(DCS)，这种控制系统大多为模拟数字混合系统，尚未形成从测控设备到操作控制计算机的完整网络，在技术上有很大的局限性。由于采用单一信号传输以致可靠性差，互操作性差，不能很好的对现场设备进行实时控制。
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现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。它把微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、控制和传输精度[2]。近年来，随着现场总线技术的推广，将传统的配料控制系统改进为基于现场总线的控制系统成为科技进步的必然趋势。本文结合工程实际，介绍了一种基于现场总线技术的玻璃配料控制系统的设计并在实际应用中取得了良好的效果。
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2 现场总线与现场总线控制系统WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，“生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。现场总线发展迅速，目前已经开发出40多种现场总线，其中有影响力的5种分别为FF、Profibus、HART、CAN、Lonworks。
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现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们具有了一定的数字计算及通信能力，成为独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们分别通过双绞线、同轴电缆、光纤等多种途径进行信息传输，这样就形成了以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。可以认为，现场总线是通信总线在现场设备中的延伸，允许将各种现场设备，如变送器、调节阀、基地式控制器、记录仪、显示器、PLC及手持终端和控制系统之间，通过同一总线进行双向多变量数字通讯。
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现场总线控制系统(Fieldbus Control System)是继集散控制系统(DCS)之后，出现的又一种新型的工业控制系统。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表(设备)在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。它改变了原有的控制体系结构，使模拟与数字混合的集散控制，更新为全数字的控制，它用开放的现场总线网络，将现场各控制器及智能仪表互联，构成可操作的现场总线控制系统。它把控制功能彻底下放到现场，真正做到控制分散、危险分散、集中监控和全数字化。因此，FCS实质是一种开放的、可互操作性的、彻底分散的、分布式控制系统，因此比DCS又前进了一步。
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现场总线控制系统(FCS)与传统集散控制系统DCS构对比如图1所示[3]。
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图1 FCS与DCS结构比较
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3 基于Profibus总线的玻璃配料控制系统的设计
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3.1 Profibus现场总线概述
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PROFIBUS是SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，它不依赖生产厂家，各种各样的自动化设备均可以通过同样的接口交换信息。PROFIBUS用于分布式I/O设备、传动装置、PLC和基于PC的自动化系统。PROFIBUS由3个兼容部分组成[4]，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一种高速低成本通讯连接，用于设备级控制系统和分散式I/O通讯，它的实时性好，数据传输速率9.6kbps-12Mbps，响应时间为几百微妙到几百毫秒。数据传输技术采用RS-485，传输介质是可屏蔽双绞线或光纤。此外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理及复杂设备在运行中参数的确定。经过扩展的PROFIBUS-DP的诊断功能能对故障进行快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站采集，并且采用开放式通信网络，允许构成单主站或多主站系统。
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