Application of Field Bus Technology to Thermal Control System

REN Hongbo, ZHOU Weiguo, ZHANG Lin

(Institute of Thermal and Environment Engineering, Tongji University,
Shanghai 200092, China)

　　Key words: field bus; thermal control; prospect

1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介
1.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的本質(zhì)含義
　　現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)儀表和數(shù)字控制系統(tǒng)輸入輸出之間的全數(shù)字化、雙向、多站通信的系統(tǒng)。它將專(zhuān)用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
1.2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
　　與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。
　　(1)減少硬件數(shù)量和投資：分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、測(cè)量、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器，計(jì)算單元等，也不再需要一些信號(hào)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等功能單元。
　　(2)節(jié)省安裝費(fèi)用：一對(duì)雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。
　　(3)節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)：現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力；通過(guò)數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶(hù)可以查詢(xún)所有設(shè)備的運(yùn)行、診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除。
　　(4)用戶(hù)具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)：用戶(hù)可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來(lái)集成系統(tǒng)。
　　(5)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性：與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的精確度，減少了傳送誤差，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

　　本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選取熱工生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的溫度、壓力、流量和液位作為控制對(duì)象，采用基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)。下面分別介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟件組態(tài)。
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)布置如圖1所示。它主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)、液位控制臺(tái)、流量控制臺(tái)、壓力控制臺(tái)、溫度控制臺(tái)、上位機(jī)系統(tǒng)和PLC，這是一個(gè)典型的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開(kāi)放性。它將原來(lái)封閉、專(zhuān)用的系統(tǒng)變成開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。使得不同制造商的產(chǎn)品可以互連，也使得第三方的軟件可以方便地在不同的硬件平臺(tái)上應(yīng)用，從而簡(jiǎn)化了用戶(hù)對(duì) 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控軟件就是用美國(guó)Wonderware公司的工控組態(tài)軟件InTouch7.1開(kāi)發(fā)的，下面作簡(jiǎn)要介紹。
2.2軟件組態(tài)
　　該軟件設(shè)計(jì)要求能夠直觀地展現(xiàn)過(guò)程控制中的各個(gè)狀態(tài)和參數(shù)，并對(duì)一些參數(shù)建立適當(dāng)?shù)膱?bào)警機(jī)制。軟件設(shè)計(jì)的主要畫(huà)面有過(guò)程控制、報(bào)警監(jiān)控、趨勢(shì)畫(huà)面等。
　　其中，“過(guò)程控制”畫(huà)面如圖2所示。