基于现场总线的电气自动化设备管理系统

摘要：现场总线（FCS）用于控制设备和上层自动化控制设备之间双向串行链路的连接，因其具有现场信息丰富、数字传输准确以及结构布线简单等优点，广泛地应用于工业生产自动化控制中。本文就现场总线控制系统（FCS）中Profibus-DP总线工业中的应用进行了分析，为实现工业生产综合自动化和现场工艺设备智能化创造了有利的条件。

关键词：现场总线 FCS 电气自动化 设备管理系统

1 概述

随着我国电气自动化技术不断发展，在结合计算机技术、电气工程技术以及通信技术的基础上，一种用于工厂自动化车间监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术应运而生，即现场总线控制系统中的Profibus-DP总线技术。该技术可以严格的控制现场设备和车间层的通信网络，从而实现现场电气设备智能化、自动化的综合管理。

2 现场总线概述以及工艺设备分类

2.1 现场总线 FCS现场总线是一种工业数据总线，因其具有系统结构的高度分散性、环境的适应性、现场设备的智能性、网络的开放性以及互可操作性与互用性，在工业生产自动化控制设备管理中得到了广泛的应用，提高了系统的可靠性，节省了维护开销，为用户提供了更加灵活的系统集成主动权。随着科学技术的不断进步，现场总线使自动化电控设备与系统逐渐步入了信息网络行列，取代了之前在工业中广泛使用的DCS集散控制系统，为其应用开拓了更加广阔的市场空间。FCS现场总线具有较多的国际标准，Profibus-DP总线技术就是其中一种，这是一种控制与管理自动化车间级监控和现场设备层数据通信的现场总线技术，因其具有高速、低成本等特点在工厂现场总线技术中得到了广泛的应用，为实现工厂综合自动化和现场工艺设备智能化提供了强有力的保证，促进了电气自动化设备系统管理水平的提升。

2.2 工艺设备分类 本文所涉及到的工艺设备大致分为三类，一是起停控制设备，比如搅拌电机、皮带运输机等。该类设备控制的最终目标在于确保开停车的正常顺序，以及非正常状况下的连锁停车。二是调速控制设备，比如给料机、泵类等设备。此类设备主要是对流量、压力、液位等进行闭环控制，使设备的运作状态始终保持稳定和安全。另外一类是自成系统的设备，如破碎机、陶瓷过滤机等。这一类设备往往用于信息的监测，以及少量的控制。在前两类设备中，往往需要连接相应的控制器，在PLC通过DP总线发出的指令被这些控制器接收的同时，控制器又将设备运转和出现故障的信息反馈给PLC，这些状态往往在上位机上显示出来。通过上位机显示的数据信息分析，可以实现工厂电气自动化设备管理控制系统。

3 设备控制与管理

3.1 现场设备与控制器 现场设备往往有两种电气控制方式，即就地与总线。就地控制是动力站控制器接收到起停按钮或者频率给定装置发出的信号后，对现场设备起停进行控制。总线控制是DP总线接收到上位机传送给PLC的指令后对现场设备的起停进行控制。在就地与总线切换的过程中，若要保证现场设备运行稳定或者保持原有状态，实现自动化电控设备管理控制系统，就需要保证两者切换时运行频率不变，即无扰切换。

3.2 控制器与PLC 为了更好的实现总线控制，往往需要对控制器的参数进行科学的设置。除了基本的电流电压、频率、总线地址外，不同的控制器需要设置不同的参数。比如变频器需要设置起停模式，加速减速时间、信号和频率源等；马达保护器需要设置操行模式、保护设置以及控制设置等。为了对不同控制方式的设备进行管理，往往需要在PLC中统一设置设备控制变量，如设备控制类型、状态字、频率设定与反馈、故障代码等。其中设备控制类型是对各控制器控制的信息进行显示；状态字主要指就地/总线、运行过/停止、合闸/分闸等。故障代码是PLC通过DP获得故障代码后，对现场装置进行远方诊断，及时找出故障原因并进行排除。

3.3 PLC与上位机 PLC与上位机的通讯需要按照相应的时间比进行进行读取交互数据。由于上位机在读取过程中涉及到信息的编码与解码，这就决定了上位机读取DAServer接口的数据主要以事件的形式存在，实现PLC控制字和状态字能更加准确的显示在上位机画面中。

3.4 上位机与服务器 在电气自动化设备管理系统中，若想获取设备运行数据的及时性与准确性，可以利用上位机和服务器之间的有效的通讯功能。在工厂生产过程中，生产相关设备运行数据往往是利用PLC在DP总线的传输功能下，将其传输并储存至服务器，接着上位机通过相关的软件进行信息数据的读取。因此如果需要生产的关键性指标或者历史数据，就可以从服务器中获得。如用水量、耗电量、整机效率、历史曲线等，从而实现工厂生产过程数据可视化。在这样的基础上，相关管理人员可在对数据信息进行采集和分析基础上，制定出优化生产过程的有效措施，并生成设备管理报表，提高生产绩效。

4 总结

本文主要通过就地与总线控制方式的勿扰切换、现场设备数据采集、控制以及设备管理，在电气自动化设备管理系统中，有效降低了生产过程中各操作工序的难度，增强了系统的可维护性。利用DP总线实现了电气设备智能化管理控制系统，从而提高了产品的可靠性以及工厂生产绩效，促进各企业更好更快更稳地发展。