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供稿︰摩莎科技(上海)有限公司 2002/7/18 19:01:00

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摘要︰介紹了串行通訊技術在冶金行業的應用現狀,從工藝過程監控、能源計量系統監控、物資計量數據采集三個主要方面,對串行通訊技術的應用進行了闡述。
關鍵詞︰串行通訊;自動化監控;計量技術
1 前言
近些年來,冶金行業的自動化系統的應用發展得越來越快,生產中各環節的監控系統應用也越來越多。由于串行通訊方式實現方便,系統費用低,所以許多監控系統大都采用串行通訊技術來實現。但因以太網及現場總線的廣泛應用,一些與PLC等控制設備連接的監控系統,多采用以太網及現場總線的通訊方式。其實現場總線與RS485在物理界面上是一致的,只是各種現場總線有自己的通訊協議而已。總體來講,串行通訊技術的應用非常廣泛,尤其是支持串口設備聯入以太網的接口裝置,會使串口設備的聯網更加方便、應用也會更加廣泛。
2 生產運營各環節中的串行通訊設備聯網狀況
在冶金行業中,串行通訊技術主要應用于以下三個方面︰
(1) 生產工藝過程監控系統;
(2) 生產中所涉及的各種能源產耗的計量監控系統;
(3) 生產過程中的原料、產品及半成品的計量數據采集系統。
下面結合冶金企業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網的情況。
2.1生產工藝過程監控系統
在生產過程中的自動化控制系統中,大多都配有上位機監控系統。尤其是稍早些的系統,由于當時以太網和現場總線在工業領域的應用還不普及,再加上計算機的價格較高,這樣的監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。現在這樣的系統大都采用了以太網或現場總線的通訊方式,而且一個系統中往往要配備多套監控設備。不過在有些工藝控制上,如連鑄機的生產監控、軋鋼加熱爐監控系統上這樣的系統也有使用。
有些生產過程監控系統,並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據采集模塊(甚至是控制模塊)或是帶有串口的智能儀表,實現對生產過程中各種介質的壓力、溫度、流量的監控。由于這樣的系統應用靈活,系統投資少,使用效果明顯,所以應用越來越多。這樣的系統往往規模不大,適合在采用常規控制的舊系統上實施。這樣的系統既方便生產操作,又能進行歷史數據查詢、分析,對提高產品質量有很大好處。另外,利用PLC通過RS485掛接多台智能儀表,采集現場溫度、壓力、流量等數據,對設備實施控制的模式,在近來投運的系統中也有采用。
2.2 能源產耗量計量監控系統
能源計量監控系統在冶金行業不僅應用越來越多,而且系統的覆蓋範圍也越來越廣。冶金企業實施這類系統的原因一方面是節能降耗、降低產品成本的迫切需求;另一方面是數據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。
就我們企業來講,由于近年來水資源日益匱乏,節水工作日趨重要。為了節水降耗,我們企業于98年實施了水計量檢測系統。該系統除了上層網絡外,全部采用了串行通訊技術實現聯網。其中數據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、串口數傳電台(RS232)、RS485/422通迅中繼器。組成了如圖1 所示的數采系統。



在該系統中,多串口卡為4口RS485卡;分站為2串口的用戶可開發通訊控制器;電台配有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,使系統結構更加合理。該系統覆蓋了4千米範圍的計量點,采集了近50個計量數據。主采站與企業主干網連接,使企業各職能部門能實時查詢各個計量點和各單位的用水情況。該系統對節約水利資源,發揮了重要作用。
水計量數采系統投入運行後,我們企業又實施了煤氣計量數采系統。實施煤氣計量數采系統不僅是為了是煤氣數據可以進行實時檢測,主要原因是因為企業內部所生產的煤氣種類多樣,利用計算機進行數據采集,對流量數據可以進行溫度、壓力補償,還可以根據不同煤氣的不同熱值情況進行補償。煤氣計量系統與水系統所不同的是,煤氣系統采用近20塊8路A/D數采模塊,接收常規儀表的4-20mA信號,通過RS485與上位機進行連接,組成串行系統通訊網絡。系統共有50多個采集點的溫度、壓力及熱值數據,覆蓋範圍約3千米。系統投運以來運行穩定可靠。該系統數采部分的網絡結構如圖2所示。


目前,我們企業正在計劃將所有能源儀表全部入網,包括電力、氧氣、氮氣和壓縮空氣,仍采用串行通訊方式,並計劃與水系統容于一體,使全公司所有的能源數據都采集進機。實現能源計量工作的現代化管理。
2.3 物資計量數據采集
在物資運營計量方面,很多冶金企業的也都進行的聯網,但網絡連接結構都不大相同。物資計量網的下層一般都采用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網並將數據匯總到服務器的上層聯網方式就各有不同了。有些上層網也采用RS485串行通訊方式,但這種方式規模不宜過大,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數據提交的驅動程序,軟件開發復雜。還有的企業采用MODEM進行上層組網,這種方式因速度制約,基本不能實現數據的實施傳送。近來又出現了利用電話線VDSL或MSDSL及電話線路進行組網的方案,但對電話線路質量和線路距離要求嚴格,否則易出現通訊故障。
3 結束語
由于串行通訊技術有著實現簡便、系統集成費用低以及通訊距離遠(RS485/422)等特點,所以,串行通信聯網技術不僅在冶金自動化領域有著廣泛應用,在其他各個行業的應用也都很廣泛。盡管以太網技術和現場總線的通訊方式發展很快,但伴隨著多種通訊方式可以融合並存的發展趨勢,串行通訊技術仍會保持廣泛的應用前景。

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