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                   [摘 要]文章闡述了現場總線控制技術（FCS）在高爐煤氣凈化洗滌PLC控制系統中的應用及PLC系統軟、硬件解決方案和設計思路。通過實際運行，證實了現場總線技術在PLC控制系統中的實用性和可靠性，并總結了采用該技術的優點。
[關鍵詞]現場總線；PLC；PROFIBUS；集散控制
　　隨著計算機、控制、通信、網絡等技術的發展，作為工業控制數字化、智能化與網絡化典型代表的現場總線（FieldBus）技術也發展迅速、影響巨大，引起了工程技術界的普遍興趣與重視，使計算機控制系統逐步從集散控制系統（Distributed Control System DCS）走向以現場總線為基礎的分布式現場總線控制系統（Fieldbus Control System，FCS），被譽為工業自動化領域具有革命性的新技術。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一。
　　1項目概述
　　我公司現有五座煉鐵高爐，每一座高爐在生產中都產生大量的高爐煤氣，但是煤氣中煙塵和焦油的含量非常高，所以不能直接用于其他生產活動，必須進行除塵。現有的煤氣除塵系統主要有洗滌塔除塵和布袋除塵。鑒于一號到四號高爐在地理位置上比較集中，并且采用相同的洗滌塔式除塵系統，又因原用電動組合式儀表控制系統已不能滿足生產的需求，所以采用集中改造原則，把這四個高爐的控制系統進行大集成，現將其改造成為西門子PROFIBUS現場總線系統。
　　具體改造項目包括四座高爐的煤氣洗滌塔流程和公共部分流程。系統中所有上位監控設備將全部采用研華工業用計算機，通過工業以太網集中HMI人機交互方式進行系統監控運行，下位PLC控制站也采用集中組建方式，這樣可以減少控制室數量，節省大量建筑開支。另外在現場建設現場數據采集站，通過PROFIBUS總線向PLC傳送數據，這樣可以大量減少物理布線，并且實現了遠程設備診斷。在PLC控制站上實現各個工藝流程、設備運轉之間的相互聯鎖的操作功能，提高了系統的安全性。采用了先進的控制方式和控制算法，實現了四座高爐煤氣洗滌塔液位的自動調節控制，減少了維護和操作人員的勞動強度和工作量，為這些崗位減員增效創造了條件。
　　2系統組成
　　現場總線控制系統是自動控制系統的發展方向，通過細致詳細的調查工作，并結合這四個高爐煤氣洗滌系統的實際情況，最終選擇了西門子公司的PROFIBUS-DP現場總線技術，在這套現場總線系統中，我們的控制站采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC，數據傳輸站采用了德國西門子公司的ET200系列設備，通過上位、下位、現場三位一體的方式實現了PROFIBUP-DP現場總線系統，并且在上位監控中采用了工業以太網，對現場總線提供了強有力的輔助，大大提高了數據傳輸速度。該系統是一種功能強大、使用方便、運行可靠的控制系統，為我們的現場生產提供了功能強大的物質基礎。
　　2．1控制系統的UPS電源
　　為了提高系統的安全性，為PLC控制系統提供不間斷電源，配置原裝EMERSON電池。這套UPS電源系統包括主副兩路220V供電和電池組，當主220V電源故障后，自動跳到電池組供電，當電池組電量耗盡后，系統又會自動跳到副220V電源。這套電源系統與原來的控制系統電源相比，給系統提供了極大的安全性，保證了凈化系統的安全連續運行，減少了不必要的停產，無形中增加了效益。
　　2．2上位監控系統
　　上位監控系統設一臺工程師站和兩臺操作員站，選用研華工業計算機，每臺計算機上裝有網絡通訊卡CP1613，它們各通過上位工業以太網總線分別與五套S7-300系統的通訊處理器CP343-1通訊口連接，工業以太網的構建主要依據一臺西門子的ESMTP80工業級別的交換機。組態軟件采用西門子的WINCC制作監控程序，WINCC是西門子公司的專用監控軟件，與硬件連接時有很好的兼容性和可靠性，通訊方便，具有很好的適配性。WINCC提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板，高性能的過程耦合、快速的畫面更新及可靠的數據使其具有高度的適用性。 

　　2．3下位控制站
　　我們的控制站采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC，包括四個高爐的系統和一套公共管網系統，總共用五套西門子S7315-2DP的PLC系統來實現自動控制。
　　2．4現場數據傳輸站
　　在生產現場，我們需要采集的信號主要包括熱電阻信號、各種變送器的4～20mA模擬量信號、數字量信號等，還要輸出模擬量電流信號用于控制調節閥，由于各個高爐的變送器距離集中控制室比較遠，我們采用了德國西門子公司的ET200系列設備來構成數據傳輸站，通過PROFIBUS-DP總線向控制站傳送和接收實時數據。這樣，我們可以就近把變送器的信號接入傳輸站，并可就近輸出4～20mA的控制信號來控制現場調節閥，主要由ET200B熱電阻模板采集熱電阻信號，由ET200B標準模擬量輸入模板采集4～20mA電流信號，由ET200eco數字量模板采集數字量信號輸入，由ET200B標準模擬量輸出模板輸出控制信號。這些數據通過總線在現場和控制站之間傳輸，省去了大量的物理布線，這些現場模塊完全適合工業生產的惡劣環境，只需要一個簡單的小控制室即可正常工作，另外采用先進的EJA530就地式變送器，省去了大量的儀表安裝管網。 
　　3采用現場總線技術的優勢
　　傳統的計算機控制系統一般采用DCS結構。在DCS中，對現場信號需要進行點對點的連接，并且I／O端子與PLC或自動化儀表一起被放在控制柜中，而不是放在現場。這就需要鋪設大量的信號傳輸電纜，布線復雜，既費料又費時，信號容易衰減并容易被干擾，而且又不便維護。DCS一般由操作員站、控制站等組成，結構復雜，成本高。而且DCS不是開放系統，互操作性差，難以實現數據共享。而基于PC的FCS則完全克服了這些缺點。
　　（1）在FCS中，借助于現場總線技術，所有的I／O模塊均放在工業現場，而且所有的信號通過分布式智能I／O模塊在現場被轉換成標準數字信號，只需一根電纜就可把所有的現場子站連接起來，進而把現場信號非常簡捷地傳送到控制室監控設備上，降低了成本，又便于安裝和維護，同時數字化的數據傳輸使系統具有很高的傳輸速度和很強的抗干擾能力。
　　（2）FCS具有開放性。在FCS中，軟件和硬件都遵從同樣的標準，互換性好，更新換代容易。程序設計采用IECll31-3五種國際標準編程語言，編程和開發工具是完全開放的，同時還可以利用PC豐富的軟硬件資源。
　　（3）系統的效率大為提高。在FCS中，一臺PC可同時完成原來要用多臺設備才能完成的任務。在多任務的Windows操作系統下，PC中的軟件PLC可以同時執行多達十幾個PLC任務，既提高了效率，又降低了成本。且PC上的PLC具有在線調試和仿真功能，極大地改善了編程環境。
　　（4）在FCS中，系統的基本結構為：工控機或商用PC、現場總線主站接口卡、現場總線輸入／輸出模塊、PLC或實時多任務控制軟件包、組態軟件和應用軟件。上位機的主要功能包括系統組態、數據庫組態、歷史庫組態、圖形組態、控制算法組態、數據報表組態、實時數據顯示、歷史數據顯示、圖形顯示、參數列表、數據打印輸出、數據輸入及參數修改、控制運算調節、報警處理、故障處理、通信控制和人機接口等各個方面，并真正實現控制集中、危險分散、數據共享、完全開放的控制要求。
　　4結束語
　　由前面的闡述可以看出，FCS的技術關鍵是現場總線技術。它不僅具有精度高、可自診斷等優點，而且具有控制功能，必將取代傳統的控制方式。連接現場設備的現場總線是一種開放式、數字化、多接點的雙向傳輸串行數據通路，它是計算機技術、自動控制技術和通信技術相結合的產物。結合PC豐富的軟硬件資源，既克服了傳統控制系統的缺點，又極大地提高了控制系統的靈活性和效率，形成了一種全新的控制系統，開創了自動控制的新紀元，成為自動控制發展的必然趨勢。