PROFIBUS现场总线技术及其在电力行业中的应用

一、引 言

　　20世纪中期，我国引进了一批先进的大型火电机组，同时也把分散控制系统和PLC引进了中国。一般在汽机、锅炉应用DCS，在电厂辅助系统中使用PLC控制。近年来，随着网络技术的发展，现场总线的概念越来越多的应用到各种领域。一个新的名词-FCS（FIELDBUS CONTROL SYSTEM）已深入到各种过程控制领域，而且在国外的电厂已开始广泛应用。使用现场总线技术，可以减少用于连接分散的I/O设备的电缆，可以减少用于连接仪表的电缆并增加可靠性，因此可以大量的节省机械安装、连接和布线的成本、并增加了系统的可靠性。

二、现场总线技术

　　2.1 现场总线的概念

　　现场总线是用于过程自动化和制造自动化，连接传感器、控制器和执行器等现场设备的一种全数字化、全分散化、智能、双向、多变量、多站的通信系统。现场总线的特点:可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通信速率快，系统安全，符合环境保护要求、价格低、维护成本低。

　　传统的4-20mA信号连接，信息量有限，严重制约了企业信息集成和企业综合自动化的实现。现场总线技术把孤立的现场级设备带进了企业信息网络中。

　　2.2 Profibus 技术介绍

　　当前现场总线的标准很多，如Profibus、FF、Lonworks、WorldFIP等，目前的现场总线技术正趋于统一，国际电工委员会制定了IEC 61158的国际标准。

　　Profibus是德国于90年代初制订的国家工业现场总线协议标准，代号DTN19245，目前是IEC 61158国际标准中的Type3部分。现在它成为不依赖于设备生产商、开放的、国际化的现场总线标准之一。广泛应用于制造自动化、流程工业自动化、楼宇、交通、电力等领域的自动化控制系统中。

　　Profibus网络协议也是以ISO的OSI七层参考模型为基础，对第三层到第六层进行了简化。

　　TEC61158中Type3的第一部分定义了Profibus的物量层和链路层协议，其技术指标如下:

　　物理接口标准：EIA RS-485

　　网络接口：sub-D9 芯插头

　　网络拓扑：线性总线两端加终端电阻

　　存取方式:链路层采用混合介质存取方式，主站间按令牌环方式，主站和从站间按主从方式工作。

　　站点数:主从站最多127个，每段最多32站，段间采用中继器连接。

　　电缆:屏敝双绞线截面>0.22mm2，阻抗120Ω

　　传输波特率：9.6k——-l2M

　　传输距离:1200m以下，与传输波特率成反比，可用Repeater（中继器）增加传输距离。

　　TEC61158中Type3的第二部分定义了应用层协义，称为FMS。FMS提供强有力的通信功能。

　　TEC61158中Type3的第三部分定义了DP协议，用于传感器和执行器级的高速数据传输:其传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。

　　TEC61158中Type3的第四部分为PA协议，用于安全性较高的场合，设备行规定义了设备自有的功能，设备描述语言及功能块允许对设备进行完全的内部操作。

　　IEC61158中Type3的第一部分分别与第二、第三、第四部分构成了Profibus的三个兼容部分，即:Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA,分别应用于不同的场合。

　　图1为Profibus通讯协议的结构示意

　　PROFIBUS总线具有下面特点:

　　1.用一根串行的数字总线替代传统的并行24V信号和4～2OmA模拟信号

　　2.通过一根双芯屏蔽电缆连接中央控制器和现场设备

　　3.同样适用于防爆环境和有安全要求的应用:一个系统适合于不同的应用

　　4.数据和电源通过同一根电缆传输（PA）

　　5.对于所有的设备，只需要一个通用的组态和工程工具

　　6.连接不同厂商的设备

　　7.开放的、不依赖于厂商的现场总线，并符合IEC61158国际标准（Type3）

三、Profibus系统在循环流化床锅炉控制系统的应用方案

　　在下面的论述中，我们将以电厂循环流化床锅炉机组控制系统为例，介绍一下现场总线技术在电厂的应用。

　　电厂控制分成:过程控制系统和辅机控制系统

　　主机控制系统:

　　· 数据采集 （DAS）

　　· 模拟量控制 （MCS）

　　· 发电机-变压器组和厂用电源系统顺序控制 SCS（G/A）]

　　· 锅炉炉膛安全监控系统 （FSSS）

　　· 汽轮机电液控制系统 （DEH）

　　· 辅机控制系统:

　　· 输煤程控:

　　· 化学水处理:

　　· 除尘除灰:

　　· 脱硫系统:

　　近年来，循环流化床锅炉在国内外都得到了广泛的应用，其高效、节能、环保等优点是众所周知的

　　3.1 系统构成

　　控制系统选用了西门子公司的过程控制系统。采用西门子工控机，配有STEP7 V5.2 编程软件，WinCC6.0监控软件为上位机监控系统。

　　下位机监控系统组成:两套西门子PLC—CPU 417-2DP,四个ET2OOM工作站。以PROFI-BUS-DP和PROFIBUS-PA作为其现场总线，CP连接的以支持Profibus协议的PROFIBUS作为系统总线。

　　3.2 监控系统:

监控系统由一个操作员站和一个工程师站组成。操作员站主要完成与下位机的数据交