隨著控制、計算機、通訊、網絡技術的發展，計算機網絡集成自動化系統在現代工業企業中已得到廣泛應用。而作為當今自動化領域技術發展熱點之一的現場總線技術的出現，則標志著工業控制領域又一個新時代的開始。它被譽為自動化領域的計算機局域網，隨著現場總線技術的不斷完善和推廣，這一技術在許多大、中型水泥廠得到了廣泛的應用。 1 現場總線技術簡介 1.1 現場總線的基本認識 現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通訊系統，也被稱為開放式、數字化、多點通訊的底層控制網絡。它作為一個紐帶，把單個分散的各個測量設備連接在一起，使它們之間可以互相通訊，成為共同完成控制任務的系統。 1.2 現場總線的特點 在傳統的模擬控制系統中，現場的儀表設備與控制室的控制器之間，通常采用一對一的物理連接，實現模擬信號的通訊。而在現場總線控制系統中，現場的儀表設備多采用智能化設備，通訊方式由數字信號取代了模擬信號，只需一根電纜即可將多個現場設備的多個運行參數傳入控制室，同時還可為多個設備提供電源，這樣不僅簡化了系統結構，節約了硬件投資，同時還便于安裝和維護。 1.3 應用較多的幾種現場總線技術 1.3.1 基金會現場總線（FF，Foundation Fieldbus） 它是以美國Fisher-Rosemount公司和Honeywell公司為首，聯合ABB、西門子等多個公司合并后，成立的現場總線基金會，制定了Word FIP協議。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通訊模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規則，采用設備描述語言規定了通用的功能塊集。由于這些公司是這一領域的主要供貨商，因此由他們組成的基金會所制定現場總線規范具有一定的權威性。 1.3.2 Lon Works 它是由美國Echelon公司推出并由摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布形成的，它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協議，采用了面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通訊設計簡化為參數設置，其通訊速率從300bps 至1.5Mbps不等,直接通訊距離可達2700m（78kbps，雙絞線）；支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線電、力線等多種通訊介質，并開發了相應的本質安全防爆產品，被譽為通用控制網絡。是具有強勁實力的現場總線技術。 1.3.3 PROFIBUS PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現場總線標準。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。DP型用于分散外設間的高速數據傳輸，適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規范，PROFIBUS-FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵循IEC1158-2標準。它采用OSI模型的物理層、數據鏈路層。FMS還采用了應用層。傳輸速率為9.6kbps ～12Mbps，最大傳輸距在12Mbps時為100m，1.5Mbps時為400m,可用中繼器延長至10k m。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可連接127個站點，可實現總線供電和本質安全防爆。 1.3.4 CAN總線 CAN是控制局域網總線（Control Area Network）的簡稱，最早有德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執行部件間的數據通信，其總線規范現已被ISO國際標準組織制定為國際標準。由于得到了Motorola,Intel,Philip,Siemens,NEC等公司的支持，它廣泛應用在離散控制領域。CAN協議也是建立在國際標準組織的開放系統互連模型基礎上的，不過，其模型結構只有三層，即只取OSI低層的物理層，數據鏈層和頂層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線。通訊速率最高可達1Mbps/40m,直接傳輸距離最遠可達10km/5kbps,可接設備數最多達110個。CAN信號傳輸采用短楨結構，每一貞的有效字節數為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能。以切斷該節點與總線的聯系，使總線上的其他節點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。 1.3.5 HART HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫。最早由Rosemount公司開發并得到八十多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會。這種被稱為可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，其特點是現在有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統向熟悉系統轉變過程中的過渡性產品，因而在當前的過度時期具有教強的市場競爭能力，得到了較快發展。 它規定了 一系列命令，按命令方式工作。它有三類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設備都理解，執行的命令；第二類成為一般行為命令，所提供的功能可以在許多現場設備（盡管不是全部）中實現，這類命令包括最常用的現場設備功能庫；第三類稱為特殊設備命令，以便在某些設備中實現特殊功能，這類命令既可以在基金會中開放使用，又可以為開發此命令的公司所獨有。在一個現場設備中通常可發現同時存在這三類命令。 HART采用同意的設備描述語言DDL。現場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這些模擬數字混合信號制，導致那儀開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。 HART能利用總線供電，可滿足本質安全防爆要求，并可以組成由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。 2 現場總線技術在水泥廠自動化系統中的應用 在以往水泥廠窯系統工況監測中，我們采用的是一對一的模擬控制方式，見圖1 窯尾系統現場控制站。 這種方式中，現場每一臺儀表的測量信號，均通過各自的電纜以模擬量信號方式傳入現場控制站，在現場控制站中還需要配備相應的AI、AO模件，每一個模擬量信號需占用一個通道，由于窯系統的儀表測點很多，控制站需設大量的模擬量模件，硬件投資大，而且設備維護任務也很重。 讓我們看一下采用PROFIBUS現場總線的控制方式的結構圖，見圖2。 在這種方式中，現場多個儀表的測量信號，通過一根總線電纜，采用數字信號的通訊方式，經PROFIBUS DP/PA耦合器傳入現場控制站，在現場控制站中通過PROFIBUS DP卡件與控制器相連。省去大量模擬量模件。 水泥廠用于窯系統工況監測的儀表設備較多且分布較為集中，采用現場總線的控制方式，業主既可省去許多的計算機系統硬件及電纜投資，還可減少大量的電纜敷設工作，不僅節約安裝費用，還便于生產維護。此外水泥工業生產中的一些大型設備如輥壓機、篦冷機、立磨等,這些設備的自動化控制較為復雜,他們與DCS系統通訊的點數很多,采用現場總線局域網,設備本體控制參數及時全面的傳入DCS系統,這樣不僅便于對設備進行控制監測,對優化設備的使用性能也有幫助。在天津院設計的山東叢林集團水泥項目中,對篦冷機、立磨均采用現場總線局域網控制方式，取得了很好的經濟效益。 水泥廠的工況較差，粉塵大，特別是燒成系統環境溫度高，對測量的儀表設備性能要求很高。目前很多廠商的總線儀表性能可靠，調試和維護方便，為現場總線技術的推廣提供了有力的支持，隨著現場總線技術的發展完善，它在水泥行業中的應用會更加廣泛。