FCS现场总线一种双向的串行链路, 其主要是功能就是连接上层自动化控制设备和控制设备, FCS现场总线的布线比较简单, 结构也比较简单, 而且其数据传输十分准确, 现场信息比较丰富, 因为其具有这些诸多优点, 所以FCS现场布线在自动化控制得到了越来越广泛的适用。该现场总线所具有的多点通讯、双向传输功能、全数据化的格式等对以前的工业生产中被广泛应用的DCS系统逐步进行了取代。Profibus-DP标准是本论文所采用的标准, 是一种在现场设备层数据通信和控制中使用的现场总线, 可以为实现现场工艺设备智能化和工场综合自动化提供一种十分简便易行的解决策略。
在本文中所提到的工艺设备主要是三种:第一种也就是哪种仅仅需要发挥起、停等控制的简单设备, 主要是搅拌机、皮带运输机和除尘器等。进行起、停控制的主要作用是为了保障能够进行正常的开车、停车和在开车过程中发生特殊故障不能继续强行运行的时候进行紧急的连锁停车, 以便避免造成重大损失。第二种是除了能够进行起、停控制之外还能够进行对速度进行控制的设备, 主要包括给料机、泵类、风机类等相关的设备。对速度进行控制的目的是可以参与到流量、压力、液位等闭环控制当中, 从而实现运行工况的稳定。第三种是能够自成系统的更为高级的设备, 比如陶瓷过滤机、球磨机、破碎机等等。第三种设备相对来说比较独立, 其信息主要是具有一定的控制之外, 主要是进行监测。在上述三种设备中, 和第一种和第二种设备进行相连的是马达保护器、软启动器、变频器等控制类的设备。PLC通过DP总线发出了相关的指令之后, 这些控制器能够接收到信息并将接收到的信息反馈至PLC, 并在监视器上显示出相关画面。
总线和就地两种方式都可以对现场设备电气进行控制。在进行就地控制的时候, 现场设备的起、停都必须依赖于动力站的软起动器、变频器、马达保护器等控制器接收安装在设备屏边的就地操作箱上的起、停按钮或者频率给定装置发出的起停指令;总线控制就是远程控制, 在进行远程控制的时候, 设备的起、停却依赖于控制器通过DP总线接收的上位机画面发给PLC的起或者停的指令。总线控制和就地控制两种方式中, 无论是总线控制还是就地控制, DP总线能够让PLC读到机器的故障状态。机器操作者在就地控制和总线控制两种方式的转换过程中必须使机器及其其他相关设备保持在原来的平稳状态, 不能应为两种方式的转化而导致相关设备自行启动或者停车, 并且, 在转换的过程中还必须保持变频设备的运行频率不因为转化而导致改变, 也就是说要做到无扰切换。
而上述的无扰切换所需要的电路设计, 人们在尚未使用FCS系统的时候一般是通过远程控制的就地切换继电器、主回路接触器通断时间差来确保远程就地切换在一瞬间设备启动贿赂或者运行回路不发生断电现象。
控制器最为主要的是包括了软起动器、变频器以及马达保护器等。人们需要通过设置控制器的参数来实现总线控制。相关参数主要是频率、功率因素、电流、额定电压和总线的地址等设置之外, 人们对变频器还得设置斜坡、惯性等起停的模式、频率源、控制信号源、加减速时间等;而软起动器则得设置电压、力矩等起停模式、保护类别、限流倍数、输入输出功能、升降压时间等;马达保护器应当设置控制设置、保护设置以及操作模式等。人们可以在控制器的键盘上进行初始设置, 这样操作起来也比较简便。当然, 也完全能够由PLC通过DP总线来修改和设置控制器的参数, 在此种情况下可以对控制器的特性进行连续的、全程的控制和监测。
为了对相异的控制方式电机开展统一的控制和管理, PLC之中设置了统一的电机控制变量, 这些控制变量主要包括了电机功率、状态字、电机控制类型、频率设定、电机电流、控制字、故障代码、频率反馈等。其中, 电机控制类型中可以显示普通电机控制、变频器控制、电机保护器控制、软起动器控制等有关信息。控制字中主要包括了故障复位和起停电机。状态字主要包括了故障、急停、总线/就地、合闸/分闸、运行/停止等有关信息。频率反馈和频率设定相对应于变频器, 而故障、功率、电机电流代码则相对应于所有的总线控制设备。
上位机和PLC的通讯, 通常使用DAServer作为其接口, DAServer根据设定时间比如1000ms来读写需要与PLC交互数据。上位机读取接口中的数据是以事件的形式来进行读取的。上位机对于接口中相关数据信息的读取或者写入的过程中, 必须由上位机对其数据信息进行编码和解码, 只有这样才能对应特定位, 从而使PLC中的控制字及其状态字在上位机的画面上现实出来。而对于那些能够自成系统的比如球磨机等设备来说, 因为其本身具有十分完善的监控系统能够, 所以其能够通过通讯读取所需要的特别关注的相关参数并且现实在上位机的画面上。
上位机和PLC两者间的通讯能够让画面获取设备开展运行实时数据并即时现实在画面上。如果需获取生产的历史数据以及其他比较关键的性能指标的话, 那么, 也就需要从服务器中获取数据信息。各个PLC设备把总线传输的与生产密切相关的设备数据存储到服务器, 上位机利用Active Factory分析报表工具读取服务器的历史数据, 以跟踪生产信息并对信息进行计算、分析和做适当的处理, 从而获取生产设备的整机效率、历史曲线、耗电量、台时、用水量等。工厂过程的数据实现了可视化之后, 机器设备和其他管理人员可以在详细的数据趋势及信息基础上采取行动, 进而对生产的过程进行进一步优化。能够自动生成数据报表各设备管理报表, 从而实现提高生产绩效的目的。
本文利用FCS (现场总线控制系统) 中的Prof ibus-DP总线在工厂的实际应用, 从现场设备、控制器、PLC、上位机以及服务器等方面, 介绍了FCS对电气设备无扰切换控制及自动化设备管理的实现方法。
摘要：当今世界科学技术的发展日新月异、发展速度越来越快, 在单项科学技术得到迅猛发展的同时, 各项科技之间的融合的趋势也越来越明显, 特别是网络技术、管理技术和信息技术之间的融合更加突出、更加重要, 对于电气自动化管理的功能作用也非常大。本论文主要介绍了利用FCD中的Profibus-DP总线来进行电气设计的智能化管理, 通过现场设备的数据采集、集中控制、设备管理、无扰切换电路设计等, 从而实现增强系统的可维护性、降低生产相关操作的难度和强度, 通过这些技术在实际生产操作中的应用, 体现出FCS的优势。
关键词：FCS,电气自动化,管理系统
[1] 刘幼光, 黄正.浅析设备管理存在的问题与对策[J].江西冶金, 2005 (1) .
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