1 前言
近些年來,冶金行業(yè)的自動化系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展得越來越快,生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用也越來越多。由于串行通訊方式實現(xiàn)方便,系統(tǒng)費用低,所以許多監(jiān)控系統(tǒng)大都采用串行通訊技術(shù)來實現(xiàn)。但因以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線的廣泛應(yīng)用,一些與PLC等控制設(shè)備連接的監(jiān)控系統(tǒng),多采用以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線的通訊方式。其實現(xiàn)場總線與RS485在物理界面上是一致的,只是各種現(xiàn)場總線有自己的通訊協(xié)議而已。總體來講,串行通訊技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛,尤其是支持串口設(shè)備聯(lián)入以太網(wǎng)的接口裝置,會使串口設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)更加方便、應(yīng)用也會更加廣泛。
2 生產(chǎn)運營各環(huán)節(jié)中的串行通訊設(shè)備聯(lián)網(wǎng)狀況
在冶金行業(yè)中,串行通訊技術(shù)主要應(yīng)用于以下三個方面:
(1) 生產(chǎn)工藝過程監(jiān)控系統(tǒng);
(2) 生產(chǎn)中所涉及的各種能源產(chǎn)耗的計量監(jiān)控系統(tǒng);
(3) 生產(chǎn)過程中的原料、產(chǎn)品及半成品的計量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
下面結(jié)合冶金企業(yè)這三個方面的應(yīng)用實際,介紹一下用串行通訊技術(shù)進行智能設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的情況。
2.1生產(chǎn)工藝過程監(jiān)控系統(tǒng)
在生產(chǎn)過程中的自動化控制系統(tǒng)中,大多都配有上位機監(jiān)控系統(tǒng)。尤其是稍早些的系統(tǒng),由于當時以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還不普及,再加上計算機的價格較高,這樣的監(jiān)控設(shè)備往往只配備一套,這種情況非常適合采用串行通訊方式。現(xiàn)在這樣的系統(tǒng)大都采用了以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線的通訊方式,而且一個系統(tǒng)中往往要配備多套監(jiān)控設(shè)備。不過在有些工藝控制上,如連鑄機的生產(chǎn)監(jiān)控、軋鋼加熱爐監(jiān)控系統(tǒng)上這樣的系統(tǒng)也有使用。
有些生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng),并不采用與控制設(shè)備連接的方式,而是上位機通過串口連接數(shù)據(jù)采集模塊(甚至是控制模塊)或是帶有串口的智能儀表,實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中各種介質(zhì)的壓力、溫度、流量的監(jiān)控。由于這樣的系統(tǒng)應(yīng)用靈活,系統(tǒng)投資少,使用效果明顯,所以應(yīng)用越來越多。這樣的系統(tǒng)往往規(guī)模不大,適合在采用常規(guī)控制的舊系統(tǒng)上實施。這樣的系統(tǒng)既方便生產(chǎn)操作,又能進行歷史數(shù)據(jù)查詢、分析,對提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大好處。另外,利用PLC通過RS485掛接多臺智能儀表,采集現(xiàn)場溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù),對設(shè)備實施控制的模式,在近來投運的系統(tǒng)中也有采用。
2.2 能源產(chǎn)耗量計量監(jiān)控系統(tǒng)
能源計量監(jiān)控系統(tǒng)在冶金行業(yè)不僅應(yīng)用越來越多,而且系統(tǒng)的覆蓋范圍也越來越廣。冶金企業(yè)實施這類系統(tǒng)的原因一方面是節(jié)能降耗、降低產(chǎn)品成本的迫切需求;另一方面是數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計算機設(shè)備的價格比過去有了大幅下降,不必投入很大的實施費用。
就我們企業(yè)來講,由于近年來水資源日益匱乏,節(jié)水工作日趨重要。為了節(jié)水降耗,我們企業(yè)于98年實施了水計量檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了上層網(wǎng)絡(luò)外,全部采用了串行通訊技術(shù)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。其中數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括主采站、串行通訊控制模塊(作分站)、多串口通訊卡、具有RS485的流量儀表、串口數(shù)傳電臺(RS232)、RS485/422通迅中繼器。組成了如圖1 所示的數(shù)采系統(tǒng)。
在該系統(tǒng)中,多串口卡為4口RS485卡;分站為2串口的用戶可開發(fā)通訊控制器;電臺配有RS232串口可與計算機通訊;通迅中繼器在有線超過1.2千米的地方進行信號放大(圖中略)。對于較遠的計量點,采用了無線通訊方式。有線方式上設(shè)立分站,是依據(jù)單段上所連接設(shè)備的限制以及地理位置的限制設(shè)計的,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理。該系統(tǒng)覆蓋了4千米范圍的計量點,采集了近50個計量數(shù)據(jù)。主采站與企業(yè)主干網(wǎng)連接,使企業(yè)各職能部門能實時查詢各個計量點和各單位的用水情況。該系統(tǒng)對節(jié)約水利資源,發(fā)揮了重要作用。
水計量數(shù)采系統(tǒng)投入運行后,我們企業(yè)又實施了煤氣計量數(shù)采系統(tǒng)。實施煤氣計量數(shù)采系統(tǒng)不僅是為了是煤氣數(shù)據(jù)可以進行實時檢測,主要原因是因為企業(yè)內(nèi)部所生產(chǎn)的煤氣種類多樣,利用計算機進行數(shù)據(jù)采集,對流量數(shù)據(jù)可以進行溫度、壓力補償,還可以根據(jù)不同煤氣的不同熱值情況進行補償。煤氣計量系統(tǒng)與水系統(tǒng)所不同的是,煤氣系統(tǒng)采用近20塊8路A/D數(shù)采模塊,接收常規(guī)儀表的4-20mA信號,通過RS485與上位機進行連接,組成串行系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)共有50多個采集點的溫度、壓力及熱值數(shù)據(jù),覆蓋范圍約3千米。系統(tǒng)投運以來運行穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)數(shù)采部分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
目前,我們企業(yè)正在計劃將所有能源儀表全部入網(wǎng),包括電力、氧氣、氮氣和壓縮空氣,仍采用串行通訊方式,并計劃與水系統(tǒng)容于一體,使全公司所有的能源數(shù)據(jù)都采集進機。實現(xiàn)能源計量工作的現(xiàn)代化管理。
2.3 物資計量數(shù)據(jù)采集
在物資運營計量方面,很多冶金企業(yè)的也都進行的聯(lián)網(wǎng),但網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)都不大相同。物資計量網(wǎng)的下層一般都采用RS232連接物資計量儀表和上位機,這一層物理連接方式大都一致。將各個計量站的上位機進行聯(lián)網(wǎng)并將數(shù)據(jù)匯總到服務(wù)器的上層聯(lián)網(wǎng)方式就各有不同了。有些上層網(wǎng)也采用RS485串行通訊方式,但這種方式規(guī)模不宜過大,而且地理位置也不宜太遠。該方式如圖3所示。
采用這種方式還需要用戶自己開發(fā)數(shù)據(jù)提交的驅(qū)動程序,軟件開發(fā)復(fù)雜。還有的企業(yè)采用MODEM進行上層組網(wǎng),這種方式因速度制約,基本不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實施傳送。近來又出現(xiàn)了利用電話線VDSL或MSDSL及電話線路進行組網(wǎng)的方案,但對電話線路質(zhì)量和線路距離要求嚴格,否則易出現(xiàn)通訊故障。
3 結(jié)束語
由于串行通訊技術(shù)有著實現(xiàn)簡便、系統(tǒng)集成費用低以及通訊距離遠(RS485/422)等特點,所以,串行通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅在冶金自動化領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,在其他各個行業(yè)的應(yīng)用也都很廣泛。盡管以太網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場總線的通訊方式發(fā)展很快,但伴隨著多種通訊方式可以融合并存的發(fā)展趨勢,串行通訊技術(shù)仍會保持廣泛的應(yīng)用前景。
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