关键词：现场总线；电气自动化设备；管理系统
随着中国科学技术的不断发展，电气自动化技术也发展得越来越快。在工业领域，出现了一种基于计算机、电气工程和通信等技术，且主要用于监控自动化工厂车间及通信与控制现场设备层数据的现场总线技术，即FCS中的一种Profibus-DP总线技术。利用这种技术能严格控制现场车间层和设备的通信网络，进而自动化、智能化地管理现场电气设备。
1 概述现场总线、介绍工艺设备分类
1.1 概述现场总线
FCS使用的是工业数据总线。FCS具有分散性好、环境适应性强、设备智能化、网络开放性、可操作性和互用性等特点，已经广泛应用在自动化管理工业生产设备，使系统更加可靠，并节省了维护成本，还为客户提供了灵活性强的集成系统主动权。随着现代科技的快速进步，现场总线逐渐将自动化电控系统及设备推进了网络信息行列，并替代了曾广泛应用在工业中的传统DCS集散控制管理系统，使其市场空间更加广阔。FCS的国际标准很多，其中包含Profibus-DP总线技术，这种技术常用于管理与控制自动化车间级监控及设备层数据的现场通信。该技术以其高速及低成本等优点已经被广泛应用在工厂现场管理中，使工厂实现了综合自动化，工艺现场设备也更加智能化，进一步优化了电气自动化设备管理系统。
1.2 工艺设备分类
工艺设备可分为以下三类：①控制起停的设备，例如，皮带运输机及搅拌电机等。这种设备的最终控制目标为保证开停车顺序的正常和非正常的连锁停车。②控制调速的设备，例如，泵类设备及给料机等。这种设备一般以闭环的形式控制流量、压力及液位等，确保设备始终保持安全、稳定的作业状态。③自成体系的设备，例如，陶瓷过滤机及破碎机等。这种设备常用于监测信息和少量控制。前两种设备一般需要进行控制器的连接，这些控制器在接收由PLC（可编程逻辑控制器）中DP总线指令的同时，还会给PLC反馈设备运行及故障信息，而且通常由上位机显示这些状态。通过分析显示的这些数据信息，工厂可以利用这个管理系统来控制电气自动化设备。
2 设备控制和管理
2.1 控制器和现场设备
目前，工厂现场常采用以下两种电气设备控制方式：现场就地控制及现场远程控制。这两种控制方式的差别较大，在现场就地控制模式下，一般由现场设备周围就地操作箱中特定设施来完成设备的现场控制指令，且就地操作箱连接着动力站中的控制设备（如软启动器、马达保护器和变频器等），同时就地操作箱执行的操作指令将会作为信号传输给所连动力站中的控制设备。
但是，在现场远程控制模式下，控制管理现场设备时，却需要由上位机发出指令，并通过Profibus-DP总线，将其传达给控制设备。不管采用何种控制模式，PLC都可以借助Profibus-DP总线，读取存储在控制器中的故障及设备运行等信息。
在就地与远程控制模式（也称总线控制模式）之间进行切换的时候，需要进行无扰切换。而“无扰切换”指的是切换不会扰动设备的平稳运行，比如，软启动器和马达保护器不会因切换而导致意外的停车或启动；再比如，正在工作的某频段变频器也不会因切换而变换工作频率。为了切实提升总线控制技术的稳定性和可靠性，真正实现无扰切换，则必须在外部电路的设计和其有关参数的设置上将有机融入电路切换方面的因素。
此外，现场FCS电路及程序设计必须重点考虑操作模式的顺畅切换因素。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆比如，在切换远程控制模式和就地控制模式的过程中，应该避免产生扰动而对继电器的具体启动动作造成不利影响，需要使变频器切实保持在切换操作模式以前的信号启动状态。与此同时，借助智能操作器切换模式以后，变频器的操作必须保持以前的工作频率，并同时显示变频器实际的频率反馈值及给定的频率值。
2.2 控制器和PLC
变频器、软起动器及马达保护器等是常见的控制器。为了实施总线控制，则需要先设置控制器参数。而对于变频器来说，不仅需要设置基本的参数，比如额定电压、电流、频率、功率因数及总线地址等，而且还需要设置相应的起停模式(比如、斜坡惯性等)、控制信号源、加减速时间及频率源等参数；对于软起动器来说，则需要设置相应的起停模式(比如力矩、电压等)、限流倍数、升降压时间、保护类别及输出输入功能等参数；对于马达保护器来说，则需要设置相应的操作模式、保护及控制等参数。一般由控制器自带的键盘来完成初始设置，也可以通过PLC中的DP总线设置和修改控制器参数，并连续监测与控制控制器的特性。
为了统一管理控制方式不同的电机，在PLC中会设置统一的控制变量，主要包括电机控制字、状态字、控制类型、频率设定、电流、频率反馈、功率及故障代码等。电机控制类型显示变频器、软起动器、电机保护器及普通电机等的控制信息。控制字包含电机起停及故障复位等。状态字包含故障、急停、运行/停止、总线/就地及分闸/合闸等信息。频率设定及反馈与变频器相对应，电机的功率、电流及故障代码与全部的总线控制设备相对应。故障代码属于FCS较DCS优势，PLC借助总线对故障代码进行读取后，可以实现远方诊断现场装置，加快对故障原因的判断，及时将故障排查完。
2.3 上位机和PLC
上位机与PLC的通讯需要根据相应的时间比来读取交互数据。而因为在读取过程中，上位机需要涉及信息的解码与编码，所以，上位机主要以事件存在的形式来读取DA Server接口中存储的数据，进而在上位机画面中更加准确地显示PLC的状态字和控制字。
2.4 服务器和上位机
借助PLC和上位机之间的顺畅通讯使画面可以实时显示设备的运行数据。例如，如果需要以前的生产数据或关键的生产性能指标，则需要由服务器提供数据。通过各PLC设备，在服务器中存储由总线传输的且密切相关生产的设备数据，而上位机借助Active Factory来对由报表工具获得服务器以前数据进行分析，实现对生产信息的跟踪，并分析、计算、处理信息，以获得生产设备的台时、整机效率、历史曲线、耗电量及用水量等。管理人员可视化工厂过程数据以后，可以基于数据趋势和详细的信息，采取相应的措施优化生产过程。而通过生成数据和设备管理等报表，可以进一步提升绩效。
3 结 语
总之，在基于现场的自动化电气设备的管理系统中，通过总线和就地控制方式之间的勿扰切换、现场采集设备数据、设备的控制管理，可以切实减小各个生产操作工序的实际难度，提高系统的可维护性。同时借助DP总线，对电气设备实行智能化管理控制，可以使产品的可靠性和工厂生产绩效同时提高，进而推进相关企业的可持续发展。
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论文作者:周素仰
论文发表刊物:《科技新时代》2018年10期
论文发表时间:2018/12/6
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