现场总线技术在高炉自动控制系统中的应用

１背景
２００１年天铁集团炼铁厂原料系统首次试用工业现场总线技术，经过半年多的稳定运行，现场总线技术的先进性得到了大家的认可，并进一步促成在２００２年高炉大修时将工业现场总线技术运用到高炉、热风炉、炉顶液压站、沟下油泵房、沟下料仓、喷煤等自动

控制系统中去。

２ 现场总线技术的简单介绍
现场总线技术出现于８０年代中后期，从本质上来说，它是一种数字通信协议，是一种应用于生产现场，在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自动控制系统和设备有了通信能力。现场总线控制系统ＦＣＳ（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合仪式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散型控制系统ＤＣＳ后的新一代控制系统。

现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”，从而使得“危险分散，控制分散”，但即使是现在流行的ＤＣＳ控制，其与工业过程打交道的过程控制站仍然是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的４－２０ｍＡ的模拟信号，这正是对分散控制、集中监控思想的违背。而ＦＣＳ控制系统真正做到了，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等大部分现场功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。而且现场节点之间可以相互通信，实现互操作，现场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机，有益于设备管理。

３ 高炉本体现场总线的主要监控参数
１? 冷风压力、冷风流量、热风压力、炉顶压力、大料仓压力、气密箱水压、风温调节开度、热风主管温度、高压水压力、高压水流量、低压水压力、低压水流量、炉底温度（东、南、西、北、中）、炉基温度、１段冷却壁温度（东南、西南、东北、西北）、高压冷却水温度、低压冷却水温度、冷却水回水温度、炉底冷却水温度；

４ 采用现场总线技术之前高炉监控系统
应用现场总线之前，高炉生产过程计算机监控系统由上位机（工控机）、 ＧＥ－Ｆａｎｕｃ９０－３０ＰＬＣ 、现场仪表（包括变送器、热电偶 、热电阻、料位计等）、信号电缆等组成。

现场所有的变送器、调节器、热电偶、热电阻、料位计、流量计等设备的信号电缆、设备电源电缆都必须从高炉操作室挨个敷设到现场仪表，所以在施工中线管、电缆桥架的安装敷设量很大， 同时操作室仪表柜内接线端子的数量也就很大了由此产生的信号干扰也必然增大， 在系统的调试和运行中出现的问题也必然较多。

５ 采用现场总线技术后的系统构成

使用图２所示的现场总线后，高炉计算机监控系统由上位机（工控机）、 ＧＥ－Ｆａｎｕｃ９０－３０ＰＬＣ （同以前相比，这里的信号模板显然用得少了）、 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 现场控制总线、 ｐｉｃｏｎｅｔ 模块、现场仪表、信号电缆（同样，这里用的信号电缆比以前大大减少了组成。

采用了现场总线技术后，现场信号电缆就近接入ｐｉｃｏｎｅｔ模块，电缆的用量和施工量大大减少，判断和查找故障节点的思路更加简单明了，由于现场总线具有超强自诊断、显示故障的功能，调试和维护起来就更加容易。

６ 现场总线 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 的主要特点

１? Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 用于主控器（如 ＰＬＣ?ＧＥ－Ｆａｎｕｃ－Ｓｅｒｉｅｓ９０－３０） 与现场设备的数据交换。

２? Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 使用基于ＲＳ４８５标准的物理层。它是一个两线差分系统，具有极好的抗电磁干扰能力。

３? Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 通常采用主－从方式进行工作。

４? １２Ｍｂｐｓ是其最快的通讯速率。扫描１０００个Ｉ／Ｏ点的时间少于１ｍｓ。

５? 一个系统最多可以有１２６个节点，数千个模拟量和数字量。

在 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 网络中的每一段最多３２个节点。两个中继器之间为一段，如果没有中继器，那么整个网络即为一段。在给定速率下，每段长度必须在要求的最大长度内。网络速度在５００ｋｂｐｓ以上时，最多可使用４个中继器，在５００ｋｂｐｓ及其以下时，最多可使用７个中继器。

７ 系统的先进性
Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ 系统可以自动诊断、显示故障的位置。诊断包括总线节点的通讯故障、电缆故障，以及

现场装置和连接件的断路、短路故障，使设备维护人员可以迅速发现系统的各种故障位置和状态。

系统调试更加灵活方便：可以根据需要，将系统分为几个部分分别进行