淺談現(xiàn)場總線PROFIBUS在水廠自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)場總線控制技術(shù)因其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，已在各個領(lǐng)域如機械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應(yīng)用。近年來在自來水行業(yè)的應(yīng)用也越來越普遍，基于現(xiàn)場總線的水廠自動化控制系統(tǒng)，它采用了計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使水處理工藝過程參數(shù)及設(shè)備加入到信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，這樣公司級信息溝通的覆蓋范圍便一直延伸到了生產(chǎn)現(xiàn)場。在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是水廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級設(shè)備的通道，是支撐現(xiàn)場級與水廠級信息的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

(1)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來的，它被認(rèn)為是工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。它主要解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)信息量有限集成能力不強，開放性差，可靠性不易保證，電纜敷設(shè)量大，更不能完全滿足CIMS系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的要求等問題。

(2)目前世界流行的現(xiàn)場總線及總線標(biāo)準(zhǔn)有很多種，其中PROFIBUS現(xiàn)場總線是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，在中國也組建了PROFIBUS現(xiàn)場總線專業(yè)委員會，它是目前世界上最成功的現(xiàn)場總線之一，長沙八水廠自控系統(tǒng)便是采用了該總線。

(3)現(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三個兼容部分組成。采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，支持主從系統(tǒng)、純主系統(tǒng)、多主多從系統(tǒng)通信方式。主站對總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權(quán)，取得控制權(quán)的主站可向從站發(fā)送、獲取信息。DP型用于高速數(shù)據(jù)傳輸，尤適用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/0的通信：FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于廠站級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)；PA則是用于過程自動化的總線類型。

(4)PROFIBUS FIELDBUS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的幾種型式

A 總線接口型：它采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場設(shè)備連接，適應(yīng)于現(xiàn)場設(shè)備多又相對集中且不具備PROFIBUS接口的情況。
B 單一總線型：當(dāng)所有的現(xiàn)場設(shè)備都具有PROFIBUS接口時，用總線把它們連接起來實現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這時的設(shè)備成本會較高。
C 混合型：它是A、B型的混合，是一種比較普遍的情況，它既可以通過分散式I/O把現(xiàn)場設(shè)備連到總線上，又可把帶總線接口的設(shè) 備連到總線上，是一種非常靈活的集成方案。
2.水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)型式

以PLC為一類主站，PC機監(jiān)控為二類主站連接至PROPmU5總線上，二類主站可完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能等。

現(xiàn)場總線PROFIBUS控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式配置，需根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備PROFIBUS接口及系統(tǒng)本身的實際需要來確定，下圖為八水廠PROFIBUS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

選擇該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成形式，其理由如下：

1)八水廠處理生產(chǎn)工藝流程的各個環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間、環(huán)節(jié)內(nèi)部需檢測的參數(shù)與各個現(xiàn)場被控設(shè)備之間都相對比較分散，且項目(系統(tǒng))對各個工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成有較高的要求，除要達(dá)到遠(yuǎn)程操作、診斷、監(jiān)控、參數(shù)化功能外，還必須為CM賜系統(tǒng)提供豐富的現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為全公司的信息系統(tǒng)提供重要的底層數(shù)據(jù)。而恰到好處的解決這些問題正是現(xiàn)場總線技術(shù)的最大優(yōu)勢。