基于串行通讯技术在冶金行业自动化系统中的应用分析

1 前言

近些年来，冶金行业的自动化系统的应用发展得越来越快，生产中各环节的监控系统应用也越来越多。由于串行通讯方式实现方便，系统费用低，所以许多监控系统大都采用串行通讯技术来实现。但因以太网及现场总线的广泛应用，一些与PLC等控制设备连接的监控系统，多采用以太网及现场总线的通讯方式。其实现场总线与RS485在物理界面上是一致的，只是各种现场总线有自己的通讯协议而已。总体来讲，串行通讯技术的应用非常广泛，尤其是支持串口设备联入以太网的接口装置，会使串口设备的联网更加方便、应用也会更加广泛。

2 生产运营各环节中的串行通讯设备联网状况

在冶金行业中，串行通讯技术主要应用于以下三个方面：

（1） 生产工艺过程监控系统；

（2） 生产中所涉及的各种能源产耗的计量监控系统；

（3） 生产过程中的原料、产品及半成品的计量数据采集系统。

下面结合冶金企业这三个方面的应用实际，介绍一下用串行通讯技术进行智能设备联网的情况。

2.1 生产工艺过程监控系统

在生产过程中的自动化控制系统中，大多都配有上位机监控系统。尤其是稍早些的系统，由于当时以太网和现场总线在工业领域的应用还不普及，再加上计算机的价格较高，这样的监控设备往往只配备一套，这种情况非常适合采用串行通讯方式。现在这样的系统大都采用了以太网或现场总线的通讯方式，而且一个系统中往往要配备多套监控设备。不过在有些工艺控制上，如连铸机的生产监控、轧钢加热炉监控系统上这样的系统也有使用。

有些生产过程监控系统，并不采用与控制设备连接的方式，而是上位机通过串口连接数据采集模块（甚至是控制模块）或是带有串口的智能仪表，实现对生产过程中各种介质的压力、温度、流量的监控。由于这样的系统应用灵活，系统投资少，使用效果明显，所以应用越来越多。这样的系统往往规模不大，适合在采用常规控制的旧系统上实施。这样的系统既方便生产操作，又能进行历史数据查询、分析，对提高产品质量有很大好处。另外，利用PLC通过RS485挂接多台智能仪表，采集现场温度、压力、流量等数据，对设备实施控制的模式，在近来投运的系统中也有采用。

2.2 能源产耗量计量监控系统

能源计量监控系统在冶金行业不仅应用越来越多，而且系统的覆盖范围也越来越广。冶金企业实施这类系统的原因一方面是节能降耗、降低产品成本的迫切需求；另一方面是数据采集设备和计算机设备的价格比过去有了大幅下降，不必投入很大的实施费用。

就我们企业来讲，由于近年来水资源日益匮乏，节水工作日趋重要。为了节水降耗，我们企业于98年实施了水计量检测系统。该系统除了上层网络外，全部采用了串行通讯技术实现联网。其中数据采集设备包括主采站、串行通讯控制模块（作分站）、多串口通讯卡、具有RS485的流量仪表、串口数传电台（RS232）、RS485/422通迅中继器。组成了如图1 所示的数采系统。

在该系统中，多串口卡为4口RS485卡；分站为2串口的用户可开发通讯控制器；电台配有RS232串口可与计算机通讯；通迅中继器在有线超过1.2千米的地方进行信号放大（图中略）。对于较远的计量点，采用了无线通讯方式。有线方式上设立分站，是依据单段上所连接设备的限制以及地理位置的限制设计的，使系统结构更加合理。该系统覆盖了4千米范围的计量点，采集了近50个计量数据。主采站与企业主干网连接，使企业各职能部门能实时查询各个计量点和各单位的用水情况。该系统对节约水利资源，发挥了重要作用。

水计量数采系统投入运行后，我们企业又实施了煤气计量数采系统。实施煤气计量数采系统不仅是为了是煤气数据可以进行实时检测，主要原因是因为企业内部所生产的煤气种类多样，利用计算机进行数据采集，对流量数据可以进行温度、压力补偿，还可以根据不同煤气的不同热值情况进行补偿。煤气计量系统与水系统所不同的是，煤气系统采用近20块8路A/D数采模块，接收常规仪表的4-20mA信号，通过RS485与上位机进行连接，组成串行系统通讯网络。系统共有50多个采集点的温度、压力及热值数据，覆盖范围约3千米。系统投运以来运行稳定可靠。该系统数采部分的网络结构如图2所示。

目前，我们企业正在计划将所有能源仪表全部入网，包括电力、氧气、氮气和压缩空气，仍采用串行通讯方式，并计划与水系统容于一体，使全公司所有的能源数据都采集进机。实现能源计量工作的现代化管理。

2.3 物资计量数据采集

在物资运营计量方面，很多冶金企业的也都进行的联网，但网络连接结构都不大相同。物资计量网的下层一般都采用RS232连接物资计量仪表和上位机，这一层物理连接方式大都一致。将各个计量站的上位机进行联网并将数据汇总到服务器的上层联网方式就各有不同了。有些上层网也采用RS485串行通讯方式，但这种方式规模不宜过大，而且地理位置也不宜太远。该方式如图3所示。

采用这种方式还需要用户自己开发数据提交的驱动程序，软件开发复杂。还有的企业采用MODEM进行上层组网，这种方式因速度制约，基本不能实现数据的实施传送。近来又出现了利用电话线VDSL或MSDSL及电话线路进行组网的方案，但对电话线路质量和线路距离要求严格，否则易出现通讯故障。

3 结束语

由于串行通讯技术有着实现简便、系统集成费用低以及通讯距离远（RS485/422）等特点，所以，串行通信联网技术不仅在冶金自动化领域有着广泛应用，在其他各个行业的应用也都很广泛。尽管以太网技术和现场总线的通讯方式发展很快，但伴随着多种通讯方式可以融合并存的发展趋势，串行通讯技术仍会保持广泛的应用前景。

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