現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)PROFIBUS在電廠(chǎng)的應用

引言

對于老電廠(chǎng)的改造系統，由于大量采用非智能儀表和執行機構，全面更換、更新可能性很小，對于這樣的系統，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(guò)常規I/O 模塊采集非智能儀表的信號，然后通過(guò)PROFIBUS-DP 總線(xiàn)連接到中央控制器。儀表和執行機構可以按設備生命周期逐批更換。

安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)設備與控制室內的自控裝置之間的數字式、串行和多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)。由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的出現，推動(dòng)了現場(chǎng)智能設備和智能儀表的發(fā)展，促進(jìn)了傳統DCS 系統和PLC 系統的融合，并推動(dòng)了FCS（以現場(chǎng)設備為基礎形成的網(wǎng)絡(luò )集成式全分布控制系統）的出現、發(fā)展和廣泛應用。

自現場(chǎng)總線(xiàn)概念提出以來(lái)，全球各大知名自控和儀表公司開(kāi)發(fā)了數十種現場(chǎng)總線(xiàn)，目前在全球范圍內被廣泛認可的現場(chǎng)總線(xiàn)系統包括：PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、PNET等十大總線(xiàn)系統。

隨著(zhù)電力改革的深入，實(shí)行廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)、競價(jià)上網(wǎng)的政策，各電廠(chǎng)為降低運行成本、減少設備檢修維護成本、縮短維護周期、實(shí)行狀態(tài)檢修，就需要對設備狀態(tài)進(jìn)行監視，并將各工藝段自動(dòng)化系統整和在一起?，F場(chǎng)總線(xiàn)系統的出現，徹底解決了自動(dòng)化孤島問(wèn)題，使電廠(chǎng)基于設備狀態(tài)的檢修成為可能。

PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)系統介紹

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

PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)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，主要應用于自動(dòng)化系統中單元級和現場(chǎng)級通信。

? PROFIBUS PA：電源和通信數據通過(guò)總線(xiàn)并行傳輸，主要用于面向過(guò)程自動(dòng)化系統中單元級和現場(chǎng)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)化系統中系統級和車(chē)間級的過(guò)程數據交換

采用 PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化系統結構：

從圖中可以看出，采用PROFIBUS 現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統可以分成現場(chǎng)控制層、監控層和企業(yè)管理層三層。

現場(chǎng)控制層

現場(chǎng)控制層由現場(chǎng)智能設備、現場(chǎng)智能儀表、遠程I/O 和網(wǎng)絡(luò )設備構成?，F場(chǎng)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 )，通訊速率達到12M。PROFIBUS-DP 可以連接遠程I/O、執行機構、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門(mén)定位器、變頻器等智能設備， 一條PROFIBUS-DP 總線(xiàn)可以最多連接123 個(gè)從站設備。PROFIBUS-DP 的拓撲結構可以是總線(xiàn)型、星型和樹(shù)型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線(xiàn)時(shí)，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(gè)中繼器，最遠通訊距離可達9 公里。采用光纖時(shí)，最遠通訊距離可達100 公里以上，其中采用多膜光纖，兩點(diǎn)間最遠距離可達3 公里，采用單膜光纖時(shí)，兩點(diǎn)間最遠距離可達3 公里。

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

監控層

監控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線(xiàn)上的擔任監控作務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS 控制器組成。隨著(zhù)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)域大量應用。

企業(yè)管理層

企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶(hù)機組成，主要由SIS、MIS 和ERP 系統構成。其主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，將電廠(chǎng)各工藝段（例如DCS 系統、輔機程控系統等）的數據和信息（如過(guò)程數據、報警信息和設備狀態(tài)等）進(jìn)行匯總，從而集成企業(yè)的各種信息，實(shí)現與Internet 的連接，完成管理、決策和商務(wù)應用的各種功能。通過(guò)管理層，公司和集團領(lǐng)導可以實(shí)時(shí)監控現場(chǎng)設備，并通過(guò)授權還可以對各系統進(jìn)行組態(tài)。