PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)及其在電力行業(yè)中的應(yīng)用

一、引 言

　　20世紀(jì)中期，我國引進(jìn)了一批先進(jìn)的大型火電機(jī)組，同時(shí)也把分散控制系統(tǒng)和PLC引進(jìn)了中國。一般在汽機(jī)、鍋爐應(yīng)用DCS，在電廠輔助系統(tǒng)中使用PLC控制。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線的概念越來越多的應(yīng)用到各種領(lǐng)域。一個(gè)新的名詞-FCS（FIELDBUS CONTROL SYSTEM）已深入到各種過程控制領(lǐng)域，而且在國外的電廠已開始廣泛應(yīng)用。使用現(xiàn)場總線技術(shù)，可以減少用于連接分散的I/O設(shè)備的電纜，可以減少用于連接儀表的電纜并增加可靠性，因此可以大量的節(jié)省機(jī)械安裝、連接和布線的成本、并增加了系統(tǒng)的可靠性。

二、現(xiàn)場總線技術(shù)

　　2.1 現(xiàn)場總線的概念

　　現(xiàn)場總線是用于過程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化，連接傳感器、控制器和執(zhí)行器等現(xiàn)場設(shè)備的一種全數(shù)字化、全分散化、智能、雙向、多變量、多站的通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線的特點(diǎn):可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，通信速率快，系統(tǒng)安全，符合環(huán)境保護(hù)要求、價(jià)格低、維護(hù)成本低。

　　傳統(tǒng)的4-20mA信號(hào)連接，信息量有限，嚴(yán)重制約了企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場總線技術(shù)把孤立的現(xiàn)場級(jí)設(shè)備帶進(jìn)了企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)中。

　　2.2 Profibus 技術(shù)介紹

　　當(dāng)前現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)很多，如Profibus、FF、Lonworks、WorldFIP等，目前的現(xiàn)場總線技術(shù)正趨于統(tǒng)一，國際電工委員會(huì)制定了IEC 61158的國際標(biāo)準(zhǔn)。

　　Profibus是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)DTN19245，目前是IEC 61158國際標(biāo)準(zhǔn)中的Type3部分。現(xiàn)在它成為不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商、開放的、國際化的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一。廣泛應(yīng)用于制造自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化、樓宇、交通、電力等領(lǐng)域的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。

　　Profibus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也是以ISO的OSI七層參考模型為基礎(chǔ)，對(duì)第三層到第六層進(jìn)行了簡化。

　　TEC61158中Type3的第一部分定義了Profibus的物量層和鏈路層協(xié)議，其技術(shù)指標(biāo)如下:

　　物理接口標(biāo)準(zhǔn)：EIA RS-485

　　網(wǎng)絡(luò)接口：sub-D9 芯插頭

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線兩端加終端電阻

　　存取方式:鏈路層采用混合介質(zhì)存取方式，主站間按令牌環(huán)方式，主站和從站間按主從方式工作。

　　站點(diǎn)數(shù):主從站最多127個(gè)，每段最多32站，段間采用中繼器連接。

　　電纜:屏敝雙絞線截面>0.22mm2，阻抗120Ω

　　傳輸波特率：9.6k——-l2M

　　傳輸距離:1200m以下，與傳輸波特率成反比，可用Repeater（中繼器）增加傳輸距離。

　　TEC61158中Type3的第二部分定義了應(yīng)用層協(xié)義，稱為FMS。FMS提供強(qiáng)有力的通信功能。

　　TEC61158中Type3的第三部分定義了DP協(xié)議，用于傳感器和執(zhí)行器級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸:其傳輸速率可達(dá)12Mbit/s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。

　　TEC61158中Type3的第四部分為PA協(xié)議，用于安全性較高的場合，設(shè)備行規(guī)定義了設(shè)備自有的功能，設(shè)備描述語言及功能塊允許對(duì)設(shè)備進(jìn)行完全的內(nèi)部操作。

　　IEC61158中Type3的第一部分分別與第二、第三、第四部分構(gòu)成了Profibus的三個(gè)兼容部分，即:Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA,分別應(yīng)用于不同的場合。

　　圖1為Profibus通訊協(xié)議的結(jié)構(gòu)示意

　　PROFIBUS總線具有下面特點(diǎn):

　　1.用一根串行的數(shù)字總線替代傳統(tǒng)的并行24V信號(hào)和4～2OmA模擬信號(hào)

　　2.通過一根雙芯屏蔽電纜連接中央控制器和現(xiàn)場設(shè)備

　　3.同樣適用于防爆環(huán)境和有安全要求的應(yīng)用:一個(gè)系統(tǒng)適合于不同的應(yīng)用

　　4.數(shù)據(jù)和電源通過同一根電纜傳輸（PA）

　　5.對(duì)于所有的設(shè)備，只需要一個(gè)通用的組態(tài)和工程工具

　　6.連接不同廠商的設(shè)備

　　7.開放的、不依賴于廠商的現(xiàn)場總線，并符合IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)（Type3）