現(xiàn)場總線技術(shù) PROFIBUS 在電廠的應(yīng)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(jī)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(yuǎn)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(jī)構(gòu)可以按設(shè)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(shè)備與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)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(shù)的出現(xiàn),推動了現(xiàn)場智能設(shè)備和智能儀表的發(fā)展,促進(jìn)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(shè)備為基礎(chǔ)形成的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)）的出現(xiàn),發(fā)展和廣泛應(yīng)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(rèn)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(shí)行廠網(wǎng)分開,競價上網(wǎng)的政策,各電廠為降低運(yùn)行成本,減少設(shè)備檢修維護(hù)成本,縮短維護(hù)周期,實(shí)行狀態(tài)檢修,就需要對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)之一,以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn),嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范,開放的標(biāo)準(zhǔn),眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī),已成為*重要的和應(yīng)用*廣泛的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn).
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(yīng)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(shè)備、現(xiàn)場智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)，通訊速率達(dá)到12M.PROFIBUS-DP 可以連接遠(yuǎn)程I/O、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能馬達(dá)控制器、人機(jī)界面HMI、閥門定位器、變頻器等智能設(shè)備, 一條PROFIBUS-DP 總線可以*多連接123 個從站設(shè)備.PROFIBUS-DP 的拓?fù)浣Y(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(yuǎn)通訊距離可達(dá)1.2 公里,*多可以采用9 個中繼器,*遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)9 公里.采用光纖時,*遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)100 公里以上,其中采用多膜光纖,兩點(diǎn)間*遠(yuǎn)距離可達(dá)3 公里,采用單膜光纖時,兩點(diǎn)間*遠(yuǎn)距離可達(dá)3 公里.
PROFIBUS-PA 是低速現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò),通訊速率為31.25kb/s,支持點(diǎn)對點(diǎn)連接、總線型、混合型、樹型拓?fù)浣Y(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(jī)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(dān)任監(jiān)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)自動化領(lǐng)域大量應(yīng)用.
企業(yè)管理層
企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶機(jī)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(luò)環(huán)境下,將電廠各工藝段（例如DCS 系統(tǒng)、輔機(jī)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(shè)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(xiàn)與Internet 的連接,完成管理、決策和商務(wù)應(yīng)用的各種功能.通過管理層,公司和集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可以實(shí)時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備,并通過授權(quán)還可以對各系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài).
