PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其在電力行業(yè)中的應用

一、引 言

　　20世紀中期，我國引進(jìn)了一批先進(jìn)的大型火電機組，同時(shí)也把分散控制系統和PLC引進(jìn)了中國。一般在汽機、鍋爐應用DCS，在電廠(chǎng)輔助系統中使用PLC控制。近年來(lái)，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，現場(chǎng)總線(xiàn)的概念越來(lái)越多的應用到各種領(lǐng)域。一個(gè)新的名詞-FCS（FIELDBUS CONTROL SYSTEM）已深入到各種過(guò)程控制領(lǐng)域，而且在國外的電廠(chǎng)已開(kāi)始廣泛應用。使用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，可以減少用于連接分散的I/O設備的電纜，可以減少用于連接儀表的電纜并增加可靠性，因此可以大量的節省機械安裝、連接和布線(xiàn)的成本、并增加了系統的可靠性。

二、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

　　2.1 現場(chǎng)總線(xiàn)的概念

　　現場(chǎng)總線(xiàn)是用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化，連接傳感器、控制器和執行器等現場(chǎng)設備的一種全數字化、全分散化、智能、雙向、多變量、多站的通信系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn):可靠性高，穩定性好，抗干擾能力強，通信速率快，系統安全，符合環(huán)境保護要求、價(jià)格低、維護成本低。

　　傳統的4-20mA信號連接，信息量有限，嚴重制約了企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現。現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)把孤立的現場(chǎng)級設備帶進(jìn)了企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )中。

　　2.2 Profibus 技術(shù)介紹

　　當前現場(chǎng)總線(xiàn)的標準很多，如Profibus、FF、Lonworks、WorldFIP等，目前的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)正趨于統一，國際電工委員會(huì )制定了IEC 61158的國際標準。

　　Profibus是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準，代號DTN19245，目前是IEC 61158國際標準中的Type3部分?，F在它成為不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商、開(kāi)放的、國際化的現場(chǎng)總線(xiàn)標準之一。廣泛應用于制造自動(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)化控制系統中。

　　Profibus網(wǎng)絡(luò )協(xié)議也是以ISO的OSI七層參考模型為基礎，對第三層到第六層進(jìn)行了簡(jiǎn)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)指標如下:

　　物理接口標準：EIA RS-485

　　網(wǎng)絡(luò )接口：sub-D9 芯插頭

　　網(wǎng)絡(luò )拓撲：線(xiàn)性總線(xiàn)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: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(xiàn)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用層協(xié)義，稱(chēng)為FMS。FMS提供強有力的通信功能。

　　TEC61158中Type3的第三部分定義了DP協(xié)議，用于傳感器和執行器級的高速數據傳輸:其傳輸速率可達12Mbit/s，一般構成單主站系統，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(chǎng)合，設備行規定義了設備自有的功能，設備描述語(yǔ)言及功能塊允許對設備進(jìn)行完全的內部操作。

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

　　圖1為Profibus通訊協(xié)議的結構示意

　　PROFIBUS總線(xiàn)具有下面特點(diǎn):

　　1.用一根串行的數字總線(xiàn)替代傳統的并行24V信號和4～2OmA模擬信號

　　2.通過(guò)一根雙芯屏蔽電纜連接中央控制器和現場(chǎng)設備

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

　　4.數據和電源通過(guò)同一根電纜傳輸（PA）

　　5.對于所有的設備，只需要一個(gè)通用的組態(tài)和工程工具

　　6.連接不同廠(chǎng)商的設備

　　7.開(kāi)放的、不依賴(lài)于廠(chǎng)商的現場(chǎng)總線(xiàn)，并符合IEC61158國際標準（Type3）