西門子現場總線技術PROFIBUS在電廠的應用

　　引言
　　
　　對于老電廠的改造系統，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。可以采用遠程I/O的方式，通過常規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。儀表和執行機構可以按設備生命周期逐批更換。
　　
　　安裝在制造或過程區域的現場設備與控制室內的自控裝置之間的數字式、串行和多點通信的數據總線稱為現場總線。由于現場總線技術的出現，推動了現場智能設備和智能儀表的發展，促進了傳統DCS系統和PLC系統的融合，并推動了FCS（以現場設備為基礎形成的網絡集成式全分布控制系統）的出現、發展和廣泛應用。
　　
　　自現場總線概念提出以來，各大自控和儀表公司開發了數十種現場總線，目前在范圍內被廣泛認可的現場總線系統包括：PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、PNET等總線系統。
　　
　　隨著電力改革的深入，實行廠網分開、競價上網的政策，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、實行狀態檢修，就需要對設備狀態進行監視，并將各工藝段自動化系統整和在一起。現場總線系統的出現，*解決了自動化孤島問題，使電廠基于設備狀態的檢修成為可能。
　　
　　PROFIBUS現場總線系統介紹
　　
　　PROFIBUS是目前上通用的現場總線標準之一，以其*的技術特點、嚴格的認證規范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發展的應用行規，已成為zui重要的和應用zui廣泛的現場總線標準。
　　
　　PROFIBUS現場總線通訊協議包括三個主要部分：
　　
　　•PROFIBUSDP：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中單元級和現場級通信。
　　
　　•PROFIBUSPA：電源和通信數據通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統中單元級和現場級通訊。
　　
　　•PROFIBUSFMS：定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統中系統級和車間級的過程數據交換
　　
　　采用PROFIBUS現場總線的自動化系統結構：
　　
　　從圖中可以看出，采用PROFIBUS現場總線的控制系統可以分成現場控制層、監控層和企業管理層三層。　　
　　現場控制層
　　
　　現場控制層由現場智能設備、現場智能儀表、遠程I/O和網絡設備構成。現場控制涉及PROFIBUS協議PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA兩個部分。
　　
　　PROFIBUS-DP是高速網絡，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、閥門定位器、變頻器等智能設備，一條PROFIBUS-DP總線可以zui多連接123個從站設備。PROFIBUS-DP的拓撲結構可以是總線型、星型和樹型，通訊介質可以是屏蔽雙絞線、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線時，不加中繼器zui遠通訊距離可達1.2公里，zui多可以采用9個中繼器，zui遠通訊距離可達9公里。采用光纖時，zui遠通訊距離可達100公里以上，其中采用多膜光纖，兩點間zui遠距離可達3公里，采用單膜光纖時，兩點間zui遠距離可達3公里。
　　
　　PROFIBUS-PA是低速現場級網絡，通訊速率為31.25kb/s，支持點對點連接、總線型、混合型、樹型拓撲結構。PROFIBUS-PA主要用于連接現場智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執行機構等。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。
　　
　　監控層
　　
　　監控層由高速工業以太網以及連接在總線上的擔任監控作務的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS控制器組成。隨著網絡技術的不斷發展，工業以太網的通訊速率也在不斷提高，目前工業級的千兆以太網已經在工業自動化領域大量應用。
　　
　　企業管理層
　　
　　企業管理層由各種服務器和客戶機組成，主要由SIS、MIS和ERP系統構成。其主要目的是在分布式網絡環境下，將電廠各工藝段（例如DCS系統、輔機程控系統等）的數據和信息（如過程數據、報警信息和設備狀態等）進行匯總，從而集成企業的各種信息，實現與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控現場設備，并通過*還可以對各系統進行組態。