現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其在電力系統中的應用
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現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是20世紀80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種基于現場(chǎng)設備之間進(jìn)行通訊的新型總線(xiàn)系統，它綜合了數字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統的“點(diǎn)對點(diǎn)”式的模擬信號或數字-模擬信號控制的局限性，構成一種全分散、全數字化、智能、雙向、互連、多變量、多節點(diǎn)的通信與控制系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)則是連接智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )，其基礎是智能儀表。分散在各個(gè)工業(yè)現場(chǎng)的智能儀表通過(guò)數字現場(chǎng)總線(xiàn)連為一體，并與控制室中的控制器和和監視器一起構成現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（Fieldbus Control System，FCS）。通過(guò)遵循一定的國際標準，可以將不同廠(chǎng)商的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品集成在同一套FCS中，具有互換性和互操作性。FCS把傳統DCS的控制功能進(jìn)一步下放到現場(chǎng)智能儀表，由現場(chǎng)智能儀表完成數據采集、數據處理、控制運算和數據輸出等功能?，F場(chǎng)儀表的數據（包括采集的數據和診斷數據）通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳送到控制室的控制設備上，控制室的控制設備用來(lái)監視各個(gè)現場(chǎng)儀表的運行狀態(tài)，保存智能儀表上傳的數據，同時(shí)完成少量現場(chǎng)儀表無(wú)法完成的高級控制功能。另外，FCS還可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)和企業(yè)的上級管理網(wǎng)絡(luò )相連，以便管理者掌握第一手資料，為決策提供依據。所以現場(chǎng)總線(xiàn)具有開(kāi)放性、互操作性、系統結構的高度分散性、靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、現場(chǎng)設備的高度智能化、對環(huán)境的高度適應性等諸多突出特點(diǎn)。盡管目前對現場(chǎng)總線(xiàn)的研究尚未能形成一個(gè)完善的統一標準，但現場(chǎng)總線(xiàn)的高性能價(jià)格比將吸引眾多工業(yè)控制系統采用。
2 Profibus的功能特點(diǎn)
目前現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品有多種，其中Profibus是由西門(mén)子公司提出并極力倡導，已經(jīng)先后成為德國國家標準DIN19245和歐洲標準EU50170，是一種開(kāi)放而獨立的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，其協(xié)議結構是以ISO 7498國際標準開(kāi)放系統互聯(lián)OSI（Open System Interconnection）參考模型為基礎，在機械制造、工業(yè)過(guò)程控制、智能建筑中充當通信網(wǎng)絡(luò )。Profibus由Profibus-PA、Profibus-DP和Profibus-FMS三個(gè)系列組成。Profibus-PA（Process Automation）用于過(guò)程自動(dòng)化中的傳感器和執行器等的低速數據傳輸。Profibus-DP （Distributed Peripherals）和Profibus-PA兼容，使用了第一層、第二層和用戶(hù)接口，第三層到第七層未加定義，這種流體型結構確保了數據傳輸的快速而有效地進(jìn)行，直接數據鏈路映象（Direct Data Link Mapper―DDLM）使用戶(hù)接口易于進(jìn)入第二層。用戶(hù)接口規定了用戶(hù)及系統以及不同設備可調用的系統功能，并詳細說(shuō)明了各種不同Profibus-DP設備的設備行為，還提供了傳輸可選用的RS-485傳輸技術(shù)或光纖傳輸技術(shù)。Profibus-DP是一種高速而廉價(jià)的通信連接，可實(shí)現高速數據傳輸，適用于自動(dòng)控制系統和在設備級分散的I/O之間的通信，可代替24V和0~20mA的并行信號。Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification）用來(lái)解決車(chē)間級通用性的通信任務(wù)。后兩個(gè)系列采用RS-485通信標準，通常稱(chēng)之為H2，傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系如表1所示。介質(zhì)存取控制的基本方式為主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式，以及綜合這兩種方式的混合方式。不帶中繼器時(shí)每個(gè)分段最多32個(gè)站，帶中繼器時(shí)最多127個(gè)站，插頭連接器一般采用9針D型插頭。Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)系統以其高速和便宜的通訊連接特性在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應用。
西門(mén)子公司的Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)具有通訊速度高、配套產(chǎn)品種類(lèi)齊全、支持協(xié)議的其他設備廠(chǎng)家數量眾多等優(yōu)勢。西門(mén)子公司的ET 200大家族中的新一代分布式I/O系統ET 200S就是基于Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)的產(chǎn)品。ET 200S是PROFIBUS-DP中高性能的分布式I/O通信接口模塊，有種類(lèi)豐富的各種子模塊，如開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶模塊、熱電
阻模塊、100kHz 24V計數模塊、編碼器接口模塊、步進(jìn)/脈沖輸出模塊等，把各種開(kāi)關(guān)量和模擬量接入到PROFIBUS-DP中。通過(guò)將電子模塊與負載饋電器和安全技術(shù)加以結合，以及系統的離散式設計使ET 200S在現場(chǎng)應用中能適用于更多有不同功能要求的場(chǎng)合。一個(gè)ET 200S站最多可連接64個(gè)模塊，數據輸入/輸出最多可達到128字節。
3 系統構成原理
工業(yè)配電對于工業(yè)企業(yè)的電網(wǎng)質(zhì)量和生產(chǎn)的可靠運行至關(guān)重要，并對計劃用電、節約用電有著(zhù)重要意義?；诂F場(chǎng)總線(xiàn)的工業(yè)配電計算機監測分析網(wǎng)絡(luò )系統即采用這種性能價(jià)格比很高的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)構成實(shí)時(shí)狀態(tài)監測網(wǎng)絡(luò )系統，其系統構成靈活簡(jiǎn)單，連線(xiàn)極少，抗干擾能力強，適應性好，易于維護，具有數據處理、分析、運行監測、錄波和打印等功能，同時(shí)對原有設備未作太多的改動(dòng)，實(shí)用性和可擴展性極強。
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