摘要：通信和网络信息技术的创新发展是近几十年来新科技革命进程中显得尤为明显，烟草工业的生产和制造融合了多种自动化的控制技术和系统应用，使用现场总线控制技术转变生产程序设置，减少人工和工作量，提高运转效率，自动化水平的提高以及人们对生产效率的不懈追求又促进了控制系统的进一步发展，烟草工业所使用的机械设备的自动化程度不断提高，现场总线标准Profinet系统的应用成为了目前主要的应用以及发展趋势。本文主要分析探讨了烟草机械中的现场总线控制系统，以供参阅。
关键词：烟草机械；现场总线；控制系统
引言
21世纪是知识爆炸的时代，信息科技快速发展，给人们生活和社会生产带来了翻天覆地的变化。随着物质消费水平的逐步提高，人们对于信息交换与沟通方式的质量和速度也有越来越高的要求。在社会生产方面，各行业也在紧跟时代的脚步，朝着信息化、数字化、智能化方向发展。对工业企业来讲，其设备控制和管理过程也不例外，现场总线控制技术顺应时代潮流应运而生。现场总线控制技术从开始发展至今已有30多年的历史，在机械、化工、车辆、烟草、交通运输等众多领域得到广泛应用，其相对于传统的PLC点对点控制方式来说，具有十分显著的优势。
1现场总线控制系统简介
所谓现场总线是指应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。现场总线控制系统将生产过程中的各种现场设备（传感器、执行机构、驱动器等）与控制器用一根电缆连接起来，并且可以与更高层次自动控制领域的自动控制设备进行通讯。
1.1现场总线系统的特点
现场总线在技术上具有以下特点：(1)系统的开放性用户可按照自己的需要把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，通过总线构筑成自动化领域的开放互联系统。(2)互可操作性与互用性互可操作指实现互连设备、系统间的信息传送与沟通；互用性则指不同生产厂家性能相似的设备可以相互替换。(3)现场设备智能化它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制功能分散到现场的设备之中，仅靠现场设备就可完成控制的基本功能。(4)系统结构高度分散性从根本上改变了现有的DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。(5)对现场环境的适应性作为工厂网络底层的现场总线，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信。
1.2几种常见的现场总线技术
(1)高级过程控制现场总线（Foundation Fieldbus，FF）。高级过程控制现场总线主要是对现场每个过程进行自动化控制，采用双向串行的数字化通信方式加以连接。常见的通讯速率有低速H1和高速H2两种：H1是31.25kbps，通讯距离可达1900m；H2分为1M和2.5M两种，其通讯距离分别可达750m和500m。(2)Profibus。Profibus是过程现场总线的缩写，其起源于德国在1987年制定的德国国家总线标准DIN19245，后来被欧洲所采用，逐渐演变为欧洲现场总线标准EN50170，由Profibus用户组织（PNO）负责管理，它包括Profibus-FMS、Profibus-DP和Profibus-PA三部分。FMS指现场信息规范，其适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等；DP型传输速度快、扫描时间短，可应用于分散外设间的高速数据传输，适用于制造业的自动化领域；而PA型主要应用于过程自动化的总线型。(3)设备网（Device Net）。设备网相对来说成本价格较低，在自动化领域的工业生产设备中应用比较广泛。设备网Device Net安装简单灵活，极大地提高了安装效率，降低了安装费用。相比较于Profibus-DP，设备网DeviceNet支持多种模式的通信方式，应用起来操作简便灵活，大大增强了其通信功能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除了上述的现场总线技术外，常见的还有控制局域网络（Control Area Network，CAN），Interbus-S总线技术等。
2以太网络Profinet（Process Field Net）的应用
组建Profinet网络通常需要进行网络设计规划以及网络设备、介质的测试和连接，并进行工程组态，最后利用其提供的I/O的诊断功能对网络进行调试。由于Profinet具备众多的优点，也使得其功能十分强大。常见的有：（1）Profinet支持TCP/IP标准通讯、实时（RT）通讯、同步实时（IRT）通讯。（2）通过标准独立的集成Profinet接口，可以把分布式现场设备直接连接到Profinet上。（3）Profinet具备同步实时功能，这样就可以及时有效地实现对运动系统的控制。（4）具备分布式自动化控制功能，在现代化工业企业的操作车间中，大多数设备都具备智能性，并且智能化程度随着信息技术的发展越来越高，这也对控制系统的分布提出了更高的要求。因此，分布式自动化控制已经成为现场总线控制系统的重要发展方向。除了上述的常见功能外，Profinet还具备支持多种拓扑结构、采用标准安全模块和机制、对通信数据进行安全保护、集成了Profisafe行规保证系统安全、面向过程自动化等功能。
3现场总线控制系统在烟草机械中的应用
现场总线与局域网连接实现新的结构体系，其最底层是现场测量设备和执行结构（包括DSC、PLC及I/O设备），各现场设备和执行结构采用单元组合是数字化智能仪表系统，设备通过现场总线连接，同层间的相互通信大大加强。生产管理计算机同时挂在现场总线和以太网上，一方面负责现场的生产管理，另一方面与顶层的商务管理计算机相连进行信息的交换。（1）现场控制层。现场控制层是工厂信息网络集成系统的底层，其主要通过FF-H1、FF-H2、Profibus-DP、光纤环形工业以太网等现场总线网段与现场设备连接在一起。主要连接的设备包括PLC控制柜组、现场分布I/O箱、现场监控站、现场执行机构和传感检测机构等。其主要完成的功能是实现制丝生产线各数字量和模拟量的控制操作，对生产线上每台设备的运行状况及生产线工艺数据进行采集、显示、参数设置、设备故障显示等。（2）过程控制层。过程控制层通常由以太网等传送速度较快的网段组成，两台沉余的服务器构成集中监控系统，分别对烟叶、烟梗、白肋烟、烟丝等生产线进行监控。将来自现场一线的信息送到控制室中，置入实时数据库中并进行高等控制与优化的计算、集中显示。然后把计算结果发送至设备控制层各相应生产段的PLC，集中指挥生产线的运行，并负责将生产设备的状况、工艺、批次统计数据上传至生产管理层的上位管理机。（3）生产管理层。生产管理层通常可由以太网、TOP等局域网段组成。其中硬件部分由上位管理计算机、打印机、交换机等组成。它负责整个工厂的生产调度、计划、销售、库存、财务、人事等工作。把生产的任务调度下发，对报表的统计、保存、查询，分析关键工艺参数的变化趋势等。向上可以浴场管理系统进行数据通信，向下通过控制网络与监控层和现场设备层进行数据通信，对制丝线车间生产进行监控，实现集中监控管理。
结束语
总而言之，现场总线系统由于其开放性、分散型和完全可互操作性的特点，正成为未来新型工业控制系统的发展方向。然而现场总线技术的全开放、全分散控制等方面仍存在许多需要解决的问题。如目前现场总线控制系统主要是低速总线，数据传输能力有限；其次仅仅现场总线还不足以实现整个系统的开放结构，这也与现场总线的标准化过程有关。目前不少公司和组织正在积极研究将以太网用于现场总线，以太网已经渗透到控制层和设备层，几乎所有的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口产品。相信在不久的将来，以太网适用于现场总线技术的突破，将会发生新一轮的工业控制技术革命。
参考文献
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[2]唐靖尧,普永金.烟草机械中的现场总线控制系统探析[J].科技与企业.2015(03)
[3]倪海.现场总线控制系统在烟草机械中的应用[J].科技咨询导报.2016
论文作者:陈天骥
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：现场总线论文; 现场论文; 设备论文; 控制系统论文; 系统论文; 烟草论文; 以太网论文; 《电力设备》2019年第19期论文;