现场总线技术在热工控制系统中的应用

介绍现场总线技术及特点，并通过一个实验系统说明了其在热工控制领域的应用。最后说明了现场总线技术的应用现状和存在的不足，并展望了其发展前景。

1现场总线技术简介

1.1现场总线技术的本质含义

现场总线系统是现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站通信的系统。它将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

1.2现场总线技术的优点

与传统的DCS系统相比，现场总线系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出相当的优越性。

(1)减少硬件数量和投资：分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器，计算单元等，也不再需要一些信号调节、转换等功能单元。

(2)节省安装费用：一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。

(3)节省维护开销：现场总线设备具有自诊断与简单故障处理的能力；通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行、诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。

(4)用户具有高度的系统集成主动权：用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。

(5)提高了系统的准确性与可靠性：与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差，提高了系统的工作可靠性。

本实验系统选取热工生产过程中常见的温度、压力、流量和液位作为控制对象，采用基于Profibus现场总线的控制系统。下面分别介绍系统的结构和软件组态。

2.1系统结构

系统布置如图1所示。它主要包括现场总线控制网络、液位控制台、流量控制台、压力控制台、温度控制台、上位机系统和PLC，这是一个典型的现场总线控制系统(FCS)。

现场总线技术的一个显著特点是其开放性。它将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。使得不同制造商的产品可以互连，也使得第三方的软件可以方便地在不同的硬件平台上应用，从而简化了用户对系统的开发。在本系统中，上位机监控软件就是用美国Wonderware公司的工控组态软件InTouch7.1开发的，下面作简要介绍。

2.2软件组态

该软件设计要求能够直观地展现过程控制中的各个状态和参数，并对一些参数建立适当的报警机制。软件设计的主要画面有过程控制、报警监控、趋势画面等。

其中，“过程控制”画面如图2所示。

现场总线的出现，给控制领域带来了一次革命，将开创自动化的新纪元。基于现场总线的控制系统FCS将取代传统的DCS。但就目前情况来看，现场总线技术的发展还存在着一些问题，需要大家共同努力来解决。

3.1现场总线的应用状况

随着大量的现场总线的示范工程和示范工厂的建立，现场总线技术已经度过了启蒙宣传阶段，进入推广应用期，企业选用现场总线控制系统的条件已逐渐成熟。

首先，不同现场总线标准和厂商的竞争为用户选择系统集成提供了条件；其次，一些现场总线，如基金会现场总线，PROFIBUS等，已经取得了良好的应用业绩，并在特定领域得到广泛认同。

3.2现场总线存在的问题

首先，多种标准并存，没有一种标准能覆盖所有的应用面；其次，异种标准的现场总线间缺乏互操作性；再次，现在的应用主要是中小型系统，价格优势未能体现，显得比传统系统开销还大；最后，还有安全性问题，当总线切断时，系统可能产生不可预知的后果。

从上面的介绍和实验系统的操作可以看出，现场总线在系统控制和管理方面都有着优越的性能。因此，可以预见，不久的将来现场总线控制系统将成为工业自动化的主流，在这其中，热工过程控制可以起着良好的示范作用。