Profibus-DP现场总线技术的应用

1 现场总线技术简介
　　现场总线就是应用在生产现场，在微机化测控设备之间实现双向串行多节点数字化通讯的系统，也称开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。基于现场总线技术的控制系统具有如下特点：
　　（1）具有很好的开放性。基于同一种现场总线协议的不同厂家的设备可互连；
　　（2）具有智能化和功能自治性
　　（3）具有高可靠性。可构成全分散性的体系结构．提高了控制系统的可靠性和抗干扰能力；
　　（4）具有明显的经济性。基于现场总线技术的控制系统可节省硬件投资和安装费用。
　　现场总线的首批工业化产品1987年诞生在Device Net．其后，全世界存在或曾经存在过200余种各种现场总线，1994年9月致力于统一现场总线标准的现场总线基金会组织FF成立，但由于历史和利益等方面的原因 1999年才迟迟通过的IEC61158共规定了8种现场总线作为国际标准，它们分别是FF—H1、Control Net、Profibus、Interbus、P—Net、World—FIP、SwiflNet及FF—HSE。
　　Profibus是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，包含3种类型．即Profibus—DP、Profibus—FMS和Profibus—PA 该总线技术是以西门子公司为主的德国公司和研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层和应用层（FMS），传输速率为9．6 kbps～12 Mbps，单段传输距离为100～1 200 m．传输介质为屏蔽双绞线．也可以是同轴电缆和光纤。拓扑方式有线形、星形和混合形3种，一条链路最多可挂接127个站点．并可实现总线供电和本质安全防爆。Profibus现场总线协议的会员单位已有1 000多家，支持该标准的产品有2 000余种， 市场占有率已达20％ 左右。Profibus是世界上最成熟、市场占有率最高的一种现场总线
2 基于Profibus—DP现场总线技术的VCM转化器数据采集系统
2．1 改造前的情况
　　 西安西化热电化工公司原采用“热电偶+补偿导线+多通道数显仪表”模式对VCM转化器温度进行监测，这种模式有如下问题：
　　（1）占地面积大。几十台转化器的温度显示仪表柜共有4面，占据了半个控制室；
　　（2）数据显示不精确，且历史数据无记录。测量误差不确定，偏差大的超过l0度，给分析转化器的运行状态造成困难；
　　（3）工艺消耗高。由于不能及时发现转化器触媒失效而造成VCM中乙炔含量偏高，精馏塔低塔的尾排量增加，造成电石消耗升高；
（4）安装和维护成本高。减少补偿导线70％以上。因此，2005年8月该公司扩产PVC生产能力时用现场总线技术对转化器温度测量系统进行了同步改造，2年来该系统始终运行良好。
2.2 改造后情况
　　共有32组转化器和1套除汞制酸装置，所有的温度、压力等信号都从就近的现场总线数据采集箱进网，用2根双绞线电缆连到100 m外控制室的DCS系统上进行集中显示和处理．现场总线长度为300 m，网络速率为500 kbps。
　　图1为数据采集系统配置图：图2为网络布置图。

　　需要说明的是，因为现场总线数据采集箱需要安装在转化器现场，而现场的环境很恶劣，接近露天，且有氯气、氯化氢等腐蚀性气体，因此，对采集箱的防护设计要求很严格．密封等级要达到IP54：要设计电伴热系统；要充氮气或仪表空气，使箱体内为正压。每台转化器共测量l0点触媒温度和1点回水温度，每个数据采集箱负责六七台转化器的数据采集，这样，每个数据采集箱中都安装了9～11个10模块（均为八路），其中热电耦模块8～l0个，热电阻模块1个，24 VDC 5 A模块化电源1个。
　　32台转化器的352点温度信号（其中热电阻信号32个）和除汞制酸的l7个信号共369个测点信号通过6个现场总线数据采集箱就近入网，这些模拟量信号通过安装在现场采集箱里的智能10模块变成数字量信号后通过Profibus—DP现场总线传至控制室的DCS系统。
　　基于现场总线的DCS系统可进一步处理这些数据，如：每台转化器经过去坏值（测温元件故障）处理后求出每天的最大温度值、最小温度值和平均温度值，并把这些数据保存1年以上，历史数据又以曲线的方式更加直观地显示出来，使操作人员可以很方便地分析转化器的运行状态。
3 结语
　　转化器经过基于Profibus—DP现场总线技术的温度数据采集系统改造后，彻底摆脱了测温不准、无历史数据、不好分析转化器运行状态等被动局面，操作人员可以根据温度变化趋势及时发现并处理转化率低的转化器，使转化器能够始终运行在比较优化的状态中，明显减少了精馏塔尾排量，降低了电石消耗，同时节省电缆费用30余万元，取得直接和问接经济效益近200万元。