串行通信聯(lián)網(wǎng)技術在冶金自動化監(jiān)控領域的發(fā)展與應

1 前言

近些年來，冶金行業(yè)的自動化系統(tǒng)的應用發(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來實現(xiàn)。但因以太網(wǎng)及現(xiàn)場總線的廣泛應用，一些與PLC等控制設備連接的監(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?？傮w來講，串行通訊技術的應用非常廣泛，尤其是支持串口設備聯(lián)入以太網(wǎng)的接口裝置，會使串口設備的聯(lián)網(wǎng)更加方便、應用也會更加廣泛。

2 生產(chǎn)運營各環(huán)節(jié)中的串行通訊設備聯(lián)網(wǎng)狀況

在冶金行業(yè)中，串行通訊技術主要應用于以下三個方面：

(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)。

下面結合冶金企業(yè)這三個方面的應用實際，介紹一下用串行通訊技術進行智能設備聯(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)領域的應用還不普及，再加上計算機的價格較高，這樣的監(jiān)控設備往往只配備一套，這種情況非常適合采用串行通訊方式?，F(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)過程中各種介質的壓力、溫度、流量的監(jiān)控。由于這樣的系統(tǒng)應用靈活，系統(tǒng)投資少，使用效果明顯，所以應用越來越多。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)采集設備和計算機設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)絡外，全部采用了串行通訊技術實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。其中數(shù)據(jù)采集設備包括主采站、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。有線方式上設立分站，是依據(jù)單段上所連接設備的限制以及地理位置的限制設計的，使系統(tǒng)結構更加合理。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。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)絡結構如圖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)絡連接結構都不大相同。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)提交的驅動程序，軟件開發(fā)復雜。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，但對電話線路質量和線路距離要求嚴格，否則易出現(xiàn)通訊故障。

3 結束語

由于串行通訊技術有著實現(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)技術不僅在冶金自動化領域有著廣泛應用，在其他各個行業(yè)的應用也都很廣泛。盡管以太網(wǎng)技術和現(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，串行通訊技術仍會保持廣泛的應用前景。