現(xiàn)場總線技術PROFIBUS在電廠的應用

引言

對于老電廠的改造系統(tǒng)，由于大量采用非智能儀表和執(zhí)行機構，全面更換、更新可能性很小，對于這樣的系統(tǒng)，Profibus 也可以提供很好的解決方案?？梢圆捎眠h程I/O 的方式，通過常規(guī)I/O 模塊采集非智能儀表的信號，然后通過PROFIBUS-DP 總線連接到中央控制器。儀表和執(zhí)行機構可以按設備生命周期逐批更換。

安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場設備與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。由于現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)，推動了現(xiàn)場智能設備和智能儀表的發(fā)展，促進了傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)的融合，并推動了FCS（以現(xiàn)場設備為基礎形成的網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)）的出現(xiàn)、發(fā)展和廣泛應用。

自現(xiàn)場總線概念提出以來，全球各大知名自控和儀表公司開發(fā)了數(shù)十種現(xiàn)場總線，目前在全球范圍內(nèi)被廣泛認可的現(xiàn)場總線系統(tǒng)包括：PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、PNET等十大總線系統(tǒng)。

隨著電力改革的深入，實行廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)的政策，各電廠為降低運行成本、減少設備檢修維護成本、縮短維護周期、實行狀態(tài)檢修，就需要對設備狀態(tài)進行監(jiān)視，并將各工藝段自動化系統(tǒng)整和在一起?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的出現(xiàn)，徹底解決了自動化孤島問題，使電廠基于設備狀態(tài)的檢修成為可能。

PROFIBUS 現(xiàn)場總線系統(tǒng)介紹

PROFIBUS 是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，已成為最重要的和應用最廣泛的現(xiàn)場總線標準。

PROFIBUS 現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括三個主要部分：

? PROFIBUS DP：主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應用于自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信。

? PROFIBUS PA：電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通訊。

? PROFIBUS FMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程數(shù)據(jù)交換

采用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的自動化系統(tǒng)結構：

從圖中可以看出，采用PROFIBUS 現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)可以分成現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層三層。

現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層由現(xiàn)場智能設備、現(xiàn)場智能儀表、遠程I/O 和網(wǎng)絡設備構成?，F(xiàn)場控制涉及PROFIBUS 協(xié)議PROFIBUS-DP 和PROFIBUS-PA 兩個部分。

PROFIBUS-DP 是高速網(wǎng)絡，通訊速率達到12M。PROFIBUS-DP 可以連接遠程I/O、執(zhí)行機構、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備， 一條PROFIBUS-DP 總線可以最多連接123 個從站設備。PROFIBUS-DP 的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時，不加中繼器最遠通訊距離可達1.2 公里，最多可以采用9 個中繼器，最遠通訊距離可達9 公里。采用光纖時，最遠通訊距離可達100 公里以上，其中采用多膜光纖，兩點間最遠距離可達3 公里，采用單膜光纖時，兩點間最遠距離可達3 公里。

PROFIBUS-PA 是低速現(xiàn)場級網(wǎng)絡，通訊速率為31.25kb/s，支持點對點連接、總線型、混合型、樹型拓撲結構。PROFIBUS-PA 主要用于連接現(xiàn)場智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執(zhí)行機構等?？梢圆捎闷帘坞p絞線電纜，也可采用非屏蔽雙絞線電纜，可通過總線供電。

監(jiān)控層

監(jiān)控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線上的擔任監(jiān)控作務的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS 控制器組成。隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)的通訊速率也在不斷提高，目前工業(yè)級的千兆以太網(wǎng)已經(jīng)在工業(yè)自動化領域大量應用。

企業(yè)管理層

企業(yè)管理層由各種服務器和客戶機組成，主要由SIS、MIS 和ERP 系統(tǒng)構成。其主要目的是在分布式網(wǎng)絡環(huán)境下，將電廠各工藝段（例如DCS 系統(tǒng)、輔機程控系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)和信息（如過程數(shù)據(jù)、報警信息和設備狀態(tài)等）進行匯總，從而集成企業(yè)的各種信息，實現(xiàn)與Internet 的連接，完成管理、決策和商務應用的各種功能。通過管理層，公司和集團領導可以實時監(jiān)控現(xiàn)場設備，并通過授權還可以對各系統(tǒng)進行組態(tài)。