現(xiàn)場總線與工廠底層自動化及信息集成技術(shù)探析

朱晏良+陳昌明+孟賀

摘要：隨著我國改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加深，我國各行各業(yè)都在發(fā)生翻天覆地的變化，各種新興技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，使得工廠自動化程度逐漸加深。筆者從現(xiàn)場總線與底層自動化的具體關(guān)系入手，深入的研究了工廠的現(xiàn)場總線與底層自動化的關(guān)系和現(xiàn)場總線和底層自動化本身的特點，細(xì)致的分析探索了現(xiàn)場總線技術(shù)和底層自動化系統(tǒng)關(guān)系的改變，筆者覺得我國自動化產(chǎn)業(yè)正在世界工廠產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化改革中面臨新的出路。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；底層自動化；集成信息

一、現(xiàn)場總線技術(shù)

1.現(xiàn)場總線的概念

憑借全球電工委員會對工廠現(xiàn)場總線的定義，現(xiàn)場總線（Fieldbus）指的是“現(xiàn)場設(shè)備在生產(chǎn)安裝過程中的/工廠總控室與現(xiàn)場的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種智能、多樣化、多點通信的數(shù)據(jù)總線。”也可以這樣講，現(xiàn)場總線是以分散、多樣化、數(shù)字化度量和遙控裝置為聯(lián)系點，通過總線進行聯(lián)系，從而得到交流信息的目的，合作實現(xiàn)數(shù)控連接功能的系統(tǒng)。在這里面，“生產(chǎn)過程”是包括斷續(xù)和連續(xù)生產(chǎn)兩個方面。所以說，現(xiàn)場總線是連接底層自動化的智能化集成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。所以這項技術(shù)被稱為FCS（Fieldbus Control System）。

2.現(xiàn)場總線的主要特點

在以前工廠操作中，主控器與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接方式是一對一所謂I/O連接，信號傳遞方式為4～20mA或者24VDC信號。應(yīng)用現(xiàn)場總線這種智能化技術(shù)，可以通過電纜將工廠數(shù)控器與實地現(xiàn)場設(shè)備連接起來，從而實現(xiàn)智能化通信與基本設(shè)備的控制要求。應(yīng)用總線技術(shù)可以實現(xiàn)基層設(shè)備的數(shù)字化，實際上總線技術(shù)需要配套的基層設(shè)備是攜帶有通信接口的數(shù)字化設(shè)備，所以現(xiàn)場總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)工廠的智能化。現(xiàn)場總線技術(shù)能夠滿足工廠對設(shè)備的遠(yuǎn)程遙控及故障診斷的要求，現(xiàn)場總線技術(shù)通過采用電腦智能化技術(shù)實現(xiàn)智能化的現(xiàn)場設(shè)備，通過這種技術(shù)可以使總控制器獲得大量的現(xiàn)場信息，實現(xiàn)對現(xiàn)場一手資料的第一時間掌握，從而完成遠(yuǎn)程遙控、智能化和事故修復(fù)工作。實際上現(xiàn)場總線技術(shù)是完成對底層信息采集的主要技術(shù)，要想成功的實施CIMS，計算機網(wǎng)絡(luò)問題就必須得到徹底解決。現(xiàn)場總線技術(shù)是連接現(xiàn)場與車間信息采集的關(guān)鍵因素。

二、對工廠底層自動化技術(shù)及信息集成技術(shù)分析

CIMS體系及工業(yè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的層次劃分

根據(jù)對基層的工廠管理、生產(chǎn)流程及具體功能的要求，簡單的CIMS系統(tǒng)可以分為工廠級、車間級和現(xiàn)場級。前兩個級別的自動化監(jiān)測主要完成對基本設(shè)備單線控制、多線控制、互通聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測和實地設(shè)備生產(chǎn)對運行數(shù)據(jù)的收集，儲備和運算等功能，從而保證實地設(shè)備高速度、高保證生產(chǎn)，同時將實地生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)和運行狀況及時傳達(dá)給工廠的高層并接收高層下達(dá)給實地現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的調(diào)度命令并運算其命令。

三、現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展對工廠自動化系統(tǒng)和實地信息集成的影響

1.傳統(tǒng)的現(xiàn)場級和車間級監(jiān)控系統(tǒng)

PLC分布式監(jiān)控是依賴于傳統(tǒng)的現(xiàn)場級和車間級監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)。這種監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點主要是基層設(shè)備與高層控制器的連接是一對一的連線方式。

2.系統(tǒng)的主要缺點

這種系統(tǒng)的缺陷是信息集成能力不強，這種方式獲取信息途徑單一，獲取的信息量有限，設(shè)備參數(shù)、設(shè)備故障等障礙很難得到解決，對信息合成的途徑單一，CIMS系統(tǒng)對實地底層數(shù)據(jù)的要求不能滿足。系統(tǒng)不開放，專業(yè)性不強。實地設(shè)備依靠24VDC連接，系統(tǒng)使用產(chǎn)品的途徑單一。不同廠商之間的互相操控性、互換性、可合成能力較低。而且這種系統(tǒng)往往不留出接口，不讓其他廠商將自己的系統(tǒng)集成到通用系統(tǒng)中去。可維護性不高。由于各種原因，導(dǎo)致對實地設(shè)備的信息記錄不完整，實地設(shè)備對故障診斷處理、完善功能不是很完善。另一方面對實地器材的參數(shù)設(shè)定、完善的能力不足，大大影響了儀器的可操作性。

四、現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控系統(tǒng)所面臨的機會

1.自動化系統(tǒng)自主開發(fā)和應(yīng)用推廣的新機遇

對于國內(nèi)的自動化產(chǎn)業(yè)來說，無論是PLC或是DCS來說，系統(tǒng)的硬件和軟件都是聯(lián)合銷售的。而且還因為世界知名工廠自動化系統(tǒng)生產(chǎn)商在研發(fā)資本、生產(chǎn)力度、組織方面、品牌影響力等等地方都比國內(nèi)的系統(tǒng)研發(fā)廠商有著壓倒性的優(yōu)勢，導(dǎo)致國內(nèi)自動化產(chǎn)業(yè)的大部分份額都被國外廠商所占據(jù)著。而且由于系統(tǒng)的不開放性，國內(nèi)的商家很難在世界通用系統(tǒng)中做一些特定方向性的研究以達(dá)到系統(tǒng)升值的目的，國內(nèi)大多數(shù)系統(tǒng)生產(chǎn)商所做的只是系統(tǒng)配套方面的技術(shù)性較低的方面。市場競爭在系統(tǒng)生產(chǎn)商主要體現(xiàn)在技術(shù)方面的因素，而且主要是在價格方面。

2.自動化系統(tǒng)現(xiàn)場總線的不斷發(fā)展促使系統(tǒng)產(chǎn)生新的分化

隨著實際現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷應(yīng)用和新的工廠自動化系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，使系統(tǒng)逐漸向開放性，實用性方面發(fā)展，總而言之，工廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)為工廠提供了一個透明的、實用的軟件和硬件平臺。這種平臺的誕生，為國內(nèi)系統(tǒng)生產(chǎn)商家提供了一個打進世界軟件市場的機遇。一方面對于工廠化合成類企業(yè)而言，可以充分利用企業(yè)在系統(tǒng)研發(fā)方面的優(yōu)勢，并利用企業(yè)在自動化方面某一專項技術(shù)的優(yōu)勢，在國際大平臺上，研發(fā)出屬于自己的，并且具有自己特殊優(yōu)勢的多功能軟件系統(tǒng)，這種多功能通用的軟件系統(tǒng)會比那些傳統(tǒng)的系統(tǒng)能為廠商帶來更高的收益。另一方面，國內(nèi)大多數(shù)工廠自動化實地設(shè)備制造廠家如（驅(qū)送器、效應(yīng)器、調(diào)節(jié)器、電機及電流保護裝置、輸配電保護裝置、低壓開關(guān)設(shè)備等等），尤其是那些具備能生產(chǎn)特殊產(chǎn)品的廠家，這些特殊的產(chǎn)品在改造之前就應(yīng)具有實地總線接口，能讓這些產(chǎn)品在中國市場上開拓更加廣闊的市場。因為采用了進口控制器、進口調(diào)節(jié)器等等先進的領(lǐng)先國際的設(shè)備，同時兼顧了使用性、安全性、價格三個方面，必將受到用戶喜愛而且將會具有更大市場份額的。

結(jié)束語：

從上文討論的各個方面來看，實地現(xiàn)場總線不僅僅是一項單純的用高科技芯片替換傳統(tǒng)通信的技術(shù)，而是網(wǎng)絡(luò)及其智能化通信技術(shù)向工廠底層的不斷延伸。如同其他專業(yè)一樣，現(xiàn)場總線技術(shù)是工廠內(nèi)部通信技術(shù)的一次智能化創(chuàng)新。工廠底層自動化和信息集成技術(shù)是全面完成自動化和CIMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷推進，其必將促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，并對工廠效益的提高提供重大幫助。

參考文獻(xiàn)：

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