1、總線技術論文1 .引言1.1計算機自動控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特別是考慮到現(xiàn)場總線已經(jīng)普遍地 滲透到自動控制的各個領域的現(xiàn)實，現(xiàn)場總線必將成為電工自動控制領域主要的 發(fā)展方向之一?，F(xiàn)場總線技術一直是國際上各大公司激烈競爭的領域；并且國外 大公司已經(jīng)在大力拓展中國市場，發(fā)展我國的現(xiàn)場總線產(chǎn)品已經(jīng)刻不容緩。現(xiàn)場 總線對自動化技術的影響意義深遠。當今可以認為現(xiàn)場總線是提高自動化系統(tǒng)整 體水平的基礎技術，對國民經(jīng)濟影響重大。因此，要在自動化領域中推廣應用和 發(fā)展現(xiàn)場總線。現(xiàn)場總線是近年來自動化領域中發(fā)展很快的互連通信網(wǎng)絡，具有 協(xié)議簡單開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特 點

2、。目前，國際上各種各樣的現(xiàn)場總線有幾百種之多，統(tǒng)一的國際標準尚未建立。 較著名的有基金會現(xiàn)場總線（FF）、HART現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線、LONWORKS 現(xiàn)場總線、PROFIBUS現(xiàn)場總線、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、 AS - INTERFACE 總線等?，F(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多 站的通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設備（傳感器及傳動裝置等）的數(shù)據(jù)通信?，F(xiàn)場 總線已不僅僅是一個新技術領域或新技術問題，在研究它的同時，我們發(fā)現(xiàn)它已 經(jīng)改變了我們的觀念；如何去看待現(xiàn)場總線，要比研究它的技術細節(jié)更為重要。 1.2現(xiàn)場總線結構模型現(xiàn)場總

3、線的模型結構在低層（1、2層）是基本相同的，在上層各現(xiàn)場總線 之間的功能有所不同。IEC定義為3層，即采用ISO （國際標準化組織）的OSI所規(guī)定的7層中的 3層，分別為物理層、鏈路層、應用層。ISA/ SP50委員會增加了用戶層，因此現(xiàn)場總線模型已統(tǒng)一為4層，即物理 層、鏈路層、應用層和用戶層。1.3現(xiàn)場總線主要特點1）系統(tǒng)可靠性高；2）實現(xiàn)開放式互連網(wǎng)絡；3）安裝與接線費用低；4）調節(jié)性能提高；5）系統(tǒng)組態(tài)簡單。1.4現(xiàn)場總線是一場技術革命現(xiàn)場總線帶來了觀念的變化，我們以往開發(fā)新產(chǎn)品，往往只注意產(chǎn)品本身 的性能指標，對于新產(chǎn)品與其它相關產(chǎn)品的關聯(lián)就考慮比較少一點。這樣對于電 工行業(yè)這樣一個

4、比較保守的行業(yè)來說，新產(chǎn)品就不那么容易地被用戶接收。而現(xiàn) 場總線產(chǎn)品卻恰恰相反，它是一個由用戶利益驅動的市場，用戶對新產(chǎn)品應用的 積極性比生產(chǎn)商更高。然而，現(xiàn)場總線新產(chǎn)品的開發(fā)也與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同；它是從 系統(tǒng)構成的技術角度來看問題，它注重的是系統(tǒng)整體性能的提高，不強求局部最 優(yōu)，而是整體的配合。這種配合在主控計算機軟件運行下能使控制系統(tǒng)應用新的 理論來發(fā)揮最大的效能；這一點是傳統(tǒng)產(chǎn)品很難做到的?，F(xiàn)場總線的“負跨越（指 在技術水平提高的同時，掌握和應用這項新技術的難度卻降低了）”的特性使它 的推廣更加容易?，F(xiàn)場總線在煤化工控制領域中的應用我國煤炭資源十分豐富，石油資源相對短缺，大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，

5、是我國 技術經(jīng)濟發(fā)展過程中必須采取的一項措施。在我國，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制 氣控制直接影響煤氣的產(chǎn)量、質量及原料的消耗，長期一直受到業(yè)內的高度重視。氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī) 律變化，該生產(chǎn)過程被稱為一個工作循環(huán)。CAN現(xiàn)場總線技術應用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)結構分散、信息集 中、管控一體化的全新分布式控制模式；基于CAN現(xiàn)場總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將為造氣爐的高 水平自動化提供強有力的技術支持。現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用我國的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但運行熱效率低，浪費能源，污染環(huán)境，自動化改 造

6、的任務十分緊迫；我國工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過五個階段：1）手工控制階段；2）專用儀表控制階段；3）電動單元組合控制階段；4）計算機控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）；5）現(xiàn)場總線控制階段。經(jīng)典的PID控制往往不易達到最佳的控制狀態(tài)采用更先進的控制策略勢在 必行。3.1工藝流程簡介燃料和空氣按一定比例進入鍋爐內燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸 汽，經(jīng)過過熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，并且匯集到過熱 聯(lián)箱，經(jīng)主氣閥供負荷設備使用；燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，通過省煤器預熱鍋 爐的給水，通過煙道引導，經(jīng)過除塵器和引風機處理，達到國家排放標準，最后 通過煙囪

7、進入大氣。3.2控制系統(tǒng)的技術特點由各子系統(tǒng)的計算機進行自動控制，降低了產(chǎn)品成本；系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護成本低、系統(tǒng)互換性；采用現(xiàn)場總線技術，實現(xiàn)多級分層控制、集中管理、信息共享；主、輔工作站集中在中央控制室，便于設備和人員的集中管理?，F(xiàn)場總線在配電自動化中的應用4.1國內外配電自動化的發(fā)展現(xiàn)狀配電是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電中直接面向電力用戶的重要環(huán)節(jié)。八十年 代末，配電自動化在美國等工業(yè)發(fā)達國家逐步發(fā)展起來。配電自動化的內容大致 分為四個方面：1）饋線自動化;2）用戶自動化;3）變電站自動化;4）配電管理自 動化。城市配電自動化是國家最近幾年重要的投資方向，配網(wǎng)自動化為電網(wǎng)的運行 監(jiān)測

8、、快速故障定位、故障隔離等提供了有力的保障措施。電力配電系統(tǒng)環(huán)境特 殊，需要一種可靠性高、實時性強、容易操作的測控網(wǎng)，并能把上層的管理網(wǎng)和 前端的測控網(wǎng)連接起來。主要用于低層設備通信的現(xiàn)場總線完全可以適用于這種 要求。這對利用現(xiàn)有設備，進一步提高配電網(wǎng)的自動化水平，提高供電可靠性， 增加電網(wǎng)經(jīng)濟效益，都具有十分重要的意義。4.2系統(tǒng)主要特點1）友好的人機界面；2）強大的網(wǎng)絡通信；3）可靠的安全管理；4）實時的故障報警和事件處理；5）完善的數(shù)據(jù)報表；6）系統(tǒng)內相關資源的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和共享；7）為各級電力系統(tǒng)的管理者提供的決策幫助；8）系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和可視化的明顯提高；9）對各個智能子系統(tǒng)的

9、遠程監(jiān)控。5現(xiàn)場總線在智能交通領域中的應用為了大幅度提高公路交通的通行能力和安全度，采用智能交通（ITS ）新技術改 變現(xiàn)有公路交通技術面貌，是國際公路交通科學的發(fā)展方向。智能交通涉及交通、 電子、計算機、信息科學以及自動控制、通信、檢測技術等諸多領域。據(jù)統(tǒng)計，ITS技術的應用可以減少10%的廢氣排量，20%的交通延時，30% 的停車次數(shù)。美國Los Angeles地區(qū)和Texas州在ITS技術方面投資的效益成本 比率分別是16:1和22:1。我國的交通特點是：1）機動車與非機動車混行；2）自行車數(shù)量大；3）機動 車數(shù)量增長快；4）國產(chǎn)機動車速度、網(wǎng)絡容納能力和交通宣傳力度都非常有限。 發(fā)展I

10、TS要適合我國的交通特點，結合我國的國情，研究中國的智能交通系統(tǒng)。6.結束語現(xiàn)場總線屬于尚在發(fā)展之中的技術，我國在這一技術領域還剛剛起步?？傮w 說來，自動化系統(tǒng)與設備將朝著現(xiàn)場總線體系結構的方向前進。既然是總線，就 要向著趨于開放統(tǒng)一的方向發(fā)展，成為大家都遵守的標準規(guī)范，但由于這一技 術所涉及的應用領域十分廣泛，一個現(xiàn)場總線體系下可能不止容納單一的標準。 有理由認為，在從現(xiàn)在起的未來十年內，可能出現(xiàn)幾大總線標準共存，甚至在一 個現(xiàn)場總線系統(tǒng)內，幾種總線標準的設備通過路由網(wǎng)關互連實現(xiàn)信息共享的局 面。現(xiàn)場總線作為自動化領域的一次革命，它的意義和產(chǎn)生的效益是非常巨大的。 積極開展各種現(xiàn)場總線技術的研究和應用，特別是加強對于一些已有成功經(jīng)驗的 現(xiàn)場總線在智能化控制系統(tǒng)中的開發(fā)與應用，對于開電氣設備制造廠家來說可以 避免很多彎路和資源浪費，是適合我國國情的一個實用的發(fā)展途徑。智能化控制系