現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS在電廠的應(yīng)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(jī)構(gòu)，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(yuǎn)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(jī)構(gòu)可以按設(shè)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(shè)備與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)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(shù)的出現(xiàn)，推動(dòng)了現(xiàn)場智能設(shè)備和智能儀表的發(fā)展，促進(jìn)了傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)的融合，并推動(dòng)了FCS（以現(xiàn)場設(shè)備為基礎(chǔ)形成的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)）的出現(xiàn)、發(fā)展和廣泛應(yīng)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(rèn)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(shí)行廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)的政策，各電廠為降低運(yùn)行成本、減少設(shè)備檢修維護(hù)成本、縮短維護(hù)周期、實(shí)行狀態(tài)檢修，就需要對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并將各工藝段自動(dòng)化系統(tǒng)整和在一起。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的出現(xiàn)，徹底解決了自動(dòng)化孤島問題，使電廠基于設(shè)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(biāo)準(zhǔn)之一，以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范、開放的標(biāo)準(zhǔn)、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已成為最重要的和應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。

PROFIBUS 現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括三個(gè)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(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

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(shè)備、現(xiàn)場智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成?，F(xiàn)場控制涉及PROFIBUS 協(xié)議PROFIBUS-DP 和PROFIBUS-PA 兩個(gè)部分。

PROFIBUS-DP 是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率達(dá)到12M。PROFIBUS-DP 可以連接遠(yuǎn)程I/O、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能馬達(dá)控制器、人機(jī)界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設(shè)備， 一條PROFIBUS-DP 總線可以最多連接123 個(gè)從站設(shè)備。PROFIBUS-DP 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(shí)，不加中繼器最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)1.2 公里，最多可以采用9 個(gè)中繼器，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)9 公里。采用光纖時(shí)，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)100 公里以上，其中采用多膜光纖，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá)3 公里，采用單膜光纖時(shí)，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá)3 公里。

PROFIBUS-PA 是低速現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)，通訊速率為31.25kb/s，支持點(diǎn)對點(diǎn)連接、總線型、混合型、樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(jī)構(gòu)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(dān)任監(jiān)控作務(wù)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(luò)技術(shù)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(dòng)化領(lǐng)域大量應(yīng)用。

企業(yè)管理層

企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶機(jī)組成，主要由SIS、MIS 和ERP 系統(tǒng)構(gòu)成。其主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將電廠各工藝段（例如DCS 系統(tǒng)、輔機(jī)程控系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)和信息（如過程數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和設(shè)備狀態(tài)等）進(jìn)行匯總，從而集成企業(yè)的各種信息，實(shí)現(xiàn)與Internet 的連接，完成管理、決策和商務(wù)應(yīng)用的各種功能。通過管理層，公司和集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備，并通過授權(quán)還可以對各系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。