現(xiàn)場總線技術 PROFIBUS 在電廠的應用
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)行機構(gòu),**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.可以采用遠程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)行機構(gòu)可以按設備生命周期逐批更換.
安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場設備與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線.由于現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn),推動了現(xiàn)場智能設備和智能儀表的發(fā)展,促進了傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)和PLC 系統(tǒng)的融合,并推動了FCS（以現(xiàn)場設備為基礎形成的網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)）的出現(xiàn),發(fā)展和廣泛應用.
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,實行廠網(wǎng)分開,競價上網(wǎng)的政策,各電廠為降低運行成本,減少設備檢修維護成本,縮短維護周期,實行狀態(tài)檢修,就需要對設備狀態(tài)進行監(jiān)視,并將各工藝段自動化系統(tǒng)整和在一起.現(xiàn)場總線系統(tǒng)的出現(xiàn),徹底解決了自動化孤島問題,使電廠基于設備狀態(tài)的檢修成為可能.
PROFIBUS 是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一,以其獨特的技術特點,嚴格的認證規(guī)范,開放的標準,眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī),已成為*重要的和應用*廣泛的現(xiàn)場總線標準.
PROFIBUS 現(xiàn)場總線通訊協(xié)議包括三個主要部分：
• 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)場智能設備、現(xiàn)場智能儀表、遠程I/O 和網(wǎng)絡設備構(gòu)成.現(xiàn)場控制涉及PROFIBUS 協(xié)議PROFIBUS-DP 和PROFIBUS-PA 兩個部分.
PROFIBUS-DP 是高速網(wǎng)絡，通訊速率達到12M.PROFIBUS-DP 可以連接遠程I/O、執(zhí)行機構(gòu)、智能馬達控制器、人機界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設備, 一條PROFIBUS-DP 總線可以*多連接123 個從站設備.PROFIBUS-DP 的拓撲結(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,不加中繼器*遠通訊距離可達1.2 公里,*多可以采用9 個中繼器,*遠通訊距離可達9 公里.采用光纖時,*遠通訊距離可達100 公里以上,其中采用多膜光纖,兩點間*遠距離可達3 公里,采用單膜光纖時,兩點間*遠距離可達3 公里.
PROFIBUS-PA 是低速現(xiàn)場級網(wǎng)絡,通訊速率為31.25kb/s,支持點對點連接、總線型、混合型、樹型拓撲結(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)行機構(gòu)等.可以采用屏蔽雙絞線電纜,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任監(jiān)控作務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)絡技術的不斷發(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)自動化領域大量應用.
企業(yè)管理層
企業(yè)管理層由各種服務器和客戶機組成,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)絡環(huán)境下,將電廠各工藝段（例如DCS 系統(tǒng)、輔機程控系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)和信息（如過程數(shù)據(jù)、報警信息和設備狀態(tài)等）進行匯總,從而集成企業(yè)的各種信息,實現(xiàn)與Internet 的連接,完成管理、決策和商務應用的各種功能.通過管理層,公司和集團領導可以實時監(jiān)控現(xiàn)場設備,并通過授權還可以對各系統(tǒng)進行組態(tài).
