基于proteus的現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、摘 要現(xiàn)場總線技術(shù)是電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成果，現(xiàn)場總線技術(shù)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已成為世界自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)。現(xiàn)場總線技術(shù)已在國內(nèi)外化工、石油、冶金等領(lǐng)域取得成功的應(yīng)用，但在國內(nèi)大型電站單元機(jī)組中的全面應(yīng)用目前仍然是空白。在國外，現(xiàn)場總線系統(tǒng)在發(fā)電廠中的推廣應(yīng)用速度也比其它行業(yè)要慢，全面應(yīng)用的業(yè)績也仍屬少數(shù)。隨著發(fā)電廠生產(chǎn)過程控制全面數(shù)字化的呼聲日益增高，現(xiàn)場總線技術(shù)及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在電力行業(yè)中的推廣應(yīng)用已經(jīng)向我們提出了新的挑戰(zhàn)。論文研究了現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展背景和趨勢，論述了其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)及目前現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)電廠中的應(yīng)用狀況，并分析了基金會(huì)現(xiàn)場總線、PROFIBUS、H

2、ART、ASI等幾種有影響且適用于發(fā)電廠的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。通過收集現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制設(shè)備、變送器等現(xiàn)場總線產(chǎn)品的發(fā)展情況，并針對數(shù)字化發(fā)電廠控制的特點(diǎn)及需求，對數(shù)字化發(fā)電廠采用現(xiàn)場總線技術(shù)的總線選取、應(yīng)用層面、方案配置、設(shè)計(jì)原則、注意事項(xiàng)等逐一進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。 根據(jù)對現(xiàn)場總線的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)研究，論文給出了推薦的發(fā)電廠應(yīng)用設(shè)計(jì)總體方案，并以1000MW燃煤發(fā)電廠機(jī)組控制采用SIEMENS公司的SPPA-T3000系統(tǒng)平臺(tái)和PROFIBUS總線標(biāo)準(zhǔn)為例，進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析以及實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)可以得出，應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)將帶來全廠管控?cái)?shù)字化和全生命周

3、期的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)成本節(jié)省等有利因素，由此引起的投資增加是應(yīng)該可以接受的，在充分關(guān)注系統(tǒng)可靠性、實(shí)時(shí)性和故障影響性等問題后，推薦在數(shù)字化發(fā)電廠中積極采用現(xiàn)場總線技術(shù)。論文共分為七章：第一章為緒論，介紹了課題研究的背景和現(xiàn)狀；第二章對現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀進(jìn)行概括的介紹；第三章對現(xiàn)場總線產(chǎn)品的基本情況進(jìn)行了舉例介紹；第四章分析了數(shù)字化發(fā)電廠過程控制的需求，對采用現(xiàn)場總線進(jìn)行了技術(shù)分析，并對工程造價(jià)進(jìn)行了比較；第五章以1000MW燃煤發(fā)電機(jī)組為例，進(jìn)行了實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)；第六章則從推廣應(yīng)用的角度出發(fā)，提出應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，以及對應(yīng)的預(yù)防措施；第七章為全文的總結(jié)，及對現(xiàn)場總線技術(shù)在發(fā)

4、電廠應(yīng)用的展望。關(guān)鍵詞：電廠，現(xiàn)場總線，PROFIBUSAPPLICATIONINVESTIGATIONOFFIELDBUSINDIGITALPOWERPLANTSABSTRACTThefieldbusandFieldbusControlSystembecamethefocusofautomatictechnologyintheworld,followingthedevelopmentofelectronic,instrumentation,computerandnetworktechnology.Thefieldbushadalreadybeenappliedtotheareasofchem

5、ical,petroleumandmetallurgysuccessfully.Butthereisvacancyoffullapplicationindomesticlarge-capacitypowerplantunitcontrol.Overseas,thespeedofFieldbusControlSystemapplicationinpowerplantsisalsoslowerthanotherareas,andfullapplicationisalsominority.Withthevoiceofpowerplantprocessfullydigitizedcontrolincr

6、easing,applicationoffieldbusandFieldbusControlSysteminthepowerplantshasbeenmadetoournewchallenges.Thepaperinvestigatesthedevelopmentbackgroundandtrendoffieldbus,anddiscussesitscharactersandadvantage.Italsointroducestheapplicationstatesoffieldbustechnologyinpowerplantsandanalyzesseveralwell-knownfiel

7、dbusstandards,whichareadaptedtopowerplants，suchasFoundationFieldbus,Profibus,HartandASI.BasedonthedevelopmentofFieldbusControlSystems,motordrivenactuators,electricalcontroldevicesandtransmitters,whicharedesignedwithfieldbusinterfaces,andthecharactersandrequirementsofpowerplantcontrol,itanalyzesthest

8、andardselection,applicationarea,systemconfiguration,designprincipleandpotentialapplicationproblemswhenusingfieldbusinpowerplantcontrol.Accordingtotheresearchoffieldbustechnology,itgivestherecommendedschemeforpowerplantapplication.Italsogivesthedesigninunitcontrolof1000MWfossilpowerplant,withPROFIBUS

9、andSIEMENSSPPA-T3000platform.Withthetechnologyandcostanalysisandthefieldbusapplicationdesign,itindicatesthatapplicationsoffieldbustechnologywillleadtothedigitalintegrationofcontrolandmanagementinthewholeplant,increaserunninglife,reducecostsofdesign,installation,adjustmentandmaintenance,andincreaseof

10、investmentresultingfromthefieldbusapplicationisacceptable.So,theapplicationoffieldbustechnologyshouldstepupinpowerplantcontrol.Thispapercomprisessevenchapters.ChapterIisexordium,inwhichthesignificanceandstatusquoofthethesisareintroduced.Ageneralintroductionofdevelopmentandstatusqueoffieldbustechnolo

11、gyareinChapterII.InChapterIII,someexamplesofdevicesdesignedwithfieldbusinterfacesarecarriedout.InChapterIV,therequirementsofprocesscontrolindigitalpowerplantsareanalyzed.Thetechnologyandcostanalysisforfieldbusapplicationaregiven.InChapterV,apracticalapplicationof1000MWfossilpowerplantisdesignedasane

12、xample.InChapterVI,thepotentialapplicationproblemswhenusingfieldbusaregivenaswellasthecorrespondingpreventivemeasuresfromthepointofapplication.ThemainworkofthepaperissummarizedandtheapplicationoffieldbustechnologyinpowerplantisprospectedintheChapterVII.Keywords:PowerPlant,Fieldbus,PROFIBUS1 緒論1.1 現(xiàn)場

13、總線的產(chǎn)生與發(fā)展控制論的創(chuàng)始人Norbet Wiener說，“如果一門科學(xué)是真正具有生命力的，它的引人興趣的中心就必須而且應(yīng)該隨著歲月而轉(zhuǎn)移。”自動(dòng)控制技術(shù)的歷史，就是從簡單形式到復(fù)雜形式，從局部自動(dòng)化到全局自動(dòng)化，從低級(jí)智能化到高級(jí)智能化的發(fā)展過程。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是在自動(dòng)檢測控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下形成的，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)和檢測控制技術(shù)的集成，人們稱之為3C（Computer Communication Control）技術(shù)?，F(xiàn)場總吸納控制系統(tǒng)（FCS, Fieldbus Control System）是繼基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、

14、數(shù)字計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）后的新一代控制系統(tǒng)。FCS是信息數(shù)字化、控制功能分散化、開放式可互操作的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，同時(shí)也是智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向生產(chǎn)過程現(xiàn)場的發(fā)展。現(xiàn)代工業(yè)控制思想的核心是“分散控制，集中監(jiān)控”，使得“危險(xiǎn)分散，控制分散”。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)吧控制徹底的下放到現(xiàn)場，由現(xiàn)場的智能儀表完成諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等大部分功能，只有一些現(xiàn)場儀表無法完成的高級(jí)控制功能才有上位機(jī)完成，而且現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)之間可以相互通信實(shí)現(xiàn)互操作，現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)也可以把自己的診斷數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，有益于設(shè)備管理 1 。在發(fā)

15、達(dá)國家，現(xiàn)場總線技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)并被逐步推廣，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛接受和使用。2002年歐洲有40%自動(dòng)化工程項(xiàng)目采用了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。在國內(nèi)，現(xiàn)場總線首先用在外國公司在華投資的生產(chǎn)線，如外資汽車生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線大多用到了現(xiàn)場總線技術(shù)，后來啤酒灌裝、煙草加工、機(jī)械裝配、產(chǎn)品包裝等生產(chǎn)線也大量使用現(xiàn)場總線。此外，市政工程、樓宇、智能化小區(qū)建設(shè)也開始使用現(xiàn)場總線?？梢灶A(yù)見，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展及其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的不斷深入，傳統(tǒng)的DCS必將被FCS所全面取代。現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣雖然只有短短二三十年，但其技術(shù)的先進(jìn)性已經(jīng)帶到了工業(yè)界的廣泛認(rèn)可，其良好的應(yīng)用前景和廣闊的市場受到諸如Sieme

16、ns、Motorola、Honeywell等諸多世界大公司的高度重視。就國內(nèi)而言，自二十世紀(jì)末以來，現(xiàn)場總線技術(shù)的研究開始進(jìn)入起步階段，1997年5月中國現(xiàn)場總線（FF）專業(yè)委員會(huì)建立，并籌建FF現(xiàn)場總線產(chǎn)品認(rèn)證中心；同年7月中國現(xiàn)場總線（Profibus）專業(yè)委員會(huì)組建，同時(shí)開始籌建現(xiàn)場總線（Profibus）產(chǎn)品演示及認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室。此后，包括清華大學(xué)、浙江大學(xué)在內(nèi)的許多高校、科研院先后建立自己的現(xiàn)場總線實(shí)驗(yàn)室，用于現(xiàn)場總線控制技術(shù)的教學(xué)實(shí)踐與研究開發(fā)。2001年11月，國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)在當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南（2001年度）中將現(xiàn)場總線技術(shù)及其智能儀表的研究、開發(fā)及推廣應(yīng)用

17、列為優(yōu)先發(fā)展的高科技重點(diǎn)領(lǐng)域之一。作為新一代的過程控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)無疑具有十分廣闊的發(fā)展前景。它的出現(xiàn)，必將對控制領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的變革，并對社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展起到極大的促進(jìn)作用。對于我國這樣的發(fā)展中國家而言，其意義更為重大。必須抓住有利條件，積極開展對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的跟蹤研究，用于嘗試這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，盡早提高我國企業(yè)自動(dòng)化水平。1.2 現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)勢現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，促使工廠底層自動(dòng)化系統(tǒng)及信息集成技術(shù)產(chǎn)生變革，新一代、基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)已初露端倪，圖1所示為基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)模式，該模式的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作員監(jiān)控站操作員接口交換機(jī)I/O連

18、線控制器或智能化現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線圖1 現(xiàn)場級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)（1）增強(qiáng)了現(xiàn)場級(jí)信息集成能力現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動(dòng)化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?-20mA信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。（2）開放式、互操作性、互換性、可集成性不同廠家產(chǎn)品只要使用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開放式，允許其它廠商將自己專長的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去，因此，市場上將有許多面向行業(yè)特點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)。

19、（3）系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。（4）降低了系統(tǒng)及工程成本對大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來說，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費(fèi)用，降低了系統(tǒng)及工程成本。1.3 流行現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵問題，是要在自動(dòng)化行業(yè)中形成一個(gè)制造商們共同遵守的現(xiàn)場總線通信協(xié)議技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制造商們能按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)品，系統(tǒng)集成商門能按照標(biāo)準(zhǔn)將

20、不同產(chǎn)品組成系統(tǒng)。這就提出了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的問題。國際上著名自動(dòng)化產(chǎn)品及現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)廠家，意識(shí)到現(xiàn)場總線技術(shù)是未來發(fā)展方向，紛紛結(jié)成企業(yè)聯(lián)盟，推出自己的總線標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品，在市場上培養(yǎng)用戶、擴(kuò)大影響，并積極支持國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)。能否使自己總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在未來國際標(biāo)準(zhǔn)中占有較大比例成份，關(guān)系到該公司相關(guān)產(chǎn)品前途、用戶的信任及企業(yè)的名譽(yù)。而歷史經(jīng)驗(yàn)證明：國際標(biāo)準(zhǔn)都是采用一個(gè)或幾個(gè)市場上最成功的技術(shù)為基礎(chǔ)。因此，各大國際公司在制定現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)中的競爭，體現(xiàn)了各公司在技術(shù)領(lǐng)先地位上的競爭，而其最終還是要?dú)w結(jié)到市場實(shí)力的競爭。據(jù)說目前國際上現(xiàn)有各種總線及總線標(biāo)準(zhǔn)不下二百多種。具有一定影響和已

21、占有一定市場份額的總線有如下幾種：1.3.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線1996年3月15日批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，市場份額占?xì)W洲首位，年增長率25%。目前支持PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品超過1500多種，分別來自國際上250多個(gè)生產(chǎn)廠家。在世界范圍內(nèi)已安裝運(yùn)行的PROFIBUS設(shè)備已超過200萬臺(tái)，到1998年5月，適用于過程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA儀表設(shè)備在19個(gè)國家的40個(gè)用戶廠家投入現(xiàn)場運(yùn)行。1985年組建了PROFIBUS國際支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用戶組織（PNO）。目前在世界各地相繼組建

22、了20個(gè)地區(qū)性的用戶組織，企業(yè)會(huì)員近650家。1997年7月組建了中國現(xiàn)場總線（PROFIBUS）專業(yè)委員會(huì)，并籌建現(xiàn)場總線PROFIBUS產(chǎn)品演示及認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室。PROFIBUS主要應(yīng)用領(lǐng)域有：制造業(yè)自動(dòng)化：汽車制造（機(jī)器人、裝配線、沖壓線等）、造紙、紡織。過程控制自動(dòng)化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。電力：發(fā)電、輸配電。樓宇：空調(diào)、風(fēng)機(jī)、照明。鐵路交通：信號(hào)系統(tǒng)1.3.2 FF現(xiàn)場總線1994年由ISP 基金會(huì)和World FIP(北美)兩大集團(tuán)合并成立FF基金會(huì)，其宗旨在于開發(fā)出符合IEC和ISO標(biāo)準(zhǔn)的、唯一的國際現(xiàn)場總線（Fundation Fieldbus）。低速總線（H1）協(xié)議已于

23、1996年發(fā)表。已完成開發(fā)的高速總線（H2）擬于1998年內(nèi)表。1997年5月建立了中國現(xiàn)場總線（FF）專業(yè)委員會(huì)，并籌建FF現(xiàn)場總線產(chǎn)品認(rèn)證中心。目前，F(xiàn)F現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。1.3.3 LONWORKS總線LONWORKS現(xiàn)場總線全稱為LONWORKS NetWorks，即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，希望推出能夠適合各種現(xiàn)場總線應(yīng)用場合的測控網(wǎng)絡(luò)。目前LONGWORKS應(yīng)用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國內(nèi)主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化方面。1.3.4 CANBUS現(xiàn)場總線CANBUS現(xiàn)場總線已由ISO

24、/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)IOS 11898（通訊速率小于1Mbps）和ISO 11519（通訊速率小于125Kbps）。CANBUS主要產(chǎn)品應(yīng)用于汽車制造、公共交通車輛、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散型I/O。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機(jī)床、樓宇自動(dòng)化等場合均有所應(yīng)用。1.3.5 WorldFIP現(xiàn)場總線9091年FIP現(xiàn)場總線成為法國國家安全標(biāo)準(zhǔn)。96年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 50170 V.3）。下一步目標(biāo)是靠近IEC標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在技術(shù)上已做好充分準(zhǔn)備。WorldFIP國際組織在北京設(shè)有辦事處，即WorldFIP中國信息中心，負(fù)責(zé)中國的技術(shù)支持。WorldFIP現(xiàn)場總線采用單一總線結(jié)構(gòu)來適應(yīng)不同

25、應(yīng)用領(lǐng)域的需求，不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的總線速率。過程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1M bit/s,驅(qū)動(dòng)控制為1-2.5Mbit/s。采用總線仲裁器和優(yōu)先級(jí)來管理總線上（包括各支線）的各控制站的通信?？蛇M(jìn)行1對1、1對多點(diǎn)（組）、1對全體等多重通信方式。在應(yīng)用系統(tǒng)中，可采用雙總線結(jié)構(gòu)，其中一條總線為備用線，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。WorldFIP現(xiàn)場總線適用范圍廣泛，在過程自動(dòng)化、制造業(yè)自動(dòng)化、電力及樓宇自動(dòng)化方面都有很好的應(yīng)用。1.3.6 P-NET現(xiàn)場總線P-NET現(xiàn)場總線籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現(xiàn)場總線的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

26、和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標(biāo)準(zhǔn)成為開放式的完整標(biāo)準(zhǔn)，成為丹麥的國家標(biāo)準(zhǔn)。1996年成為歐洲總線標(biāo)準(zhǔn)的一部分（EN 50170 V.1）。1997年組建國際P-NET用戶組織，現(xiàn)有企業(yè)會(huì)員近百家，總部設(shè)在丹麥的Siekeborg，并在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設(shè)有地區(qū)性組織分部。P-NET現(xiàn)場總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域。2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)基本理論2.1 PROFIBUS概述目前世界流行的現(xiàn)場總線及總線標(biāo)準(zhǔn)有很多種，其中PROFIBUS現(xiàn)場總線是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品在世界

27、市場上已被普遍接受，在中國也組建了PROFIBUS現(xiàn)場總線專業(yè)委員會(huì)，它是目前世界上最成功的現(xiàn)場總線之一，長沙八水廠自控系統(tǒng)便是采用了該總線?，F(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三個(gè)兼容部分組成。采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，支持主從系統(tǒng)、純主系統(tǒng)、多主多從系統(tǒng)通信方式。主站對總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權(quán)，取得控制權(quán)的主站可向從站發(fā)送、獲取信息。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)可分為三個(gè)兼容版本：（1）PROFIBUS-DP以其較快的傳輸速度和強(qiáng)抗干擾能力而應(yīng)用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊;（2

28、）PROFIBUS-FMS 主要解決車間級(jí)的通用型通信任務(wù),可以提供靈活而大量的通信服務(wù);（3）PROFIBUS-PA則專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì),它直接和現(xiàn)場的傳感器或執(zhí)行器連接,并可通過DP/PA接口與DP總線連接,使用于安全性要求較高以及由總線供電的場合。2.2 PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際準(zhǔn)，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System InterconnectionSIO）作為參考模型的。該模型共有七層，如下圖2所示：圖2 PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)第一層:物理層（Physical Layer）定義了網(wǎng)絡(luò)信道上的信號(hào)與連接方式、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、

29、每條線路連接儀表的數(shù)量、最大傳輸距離、電源等。當(dāng)處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)時(shí)，該層接受數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）下發(fā)的數(shù)據(jù)，并將以某種電氣信號(hào)進(jìn)行編碼并發(fā)送;當(dāng)處于數(shù)據(jù)接受狀態(tài)時(shí)，將相應(yīng)的電氣信號(hào)編碼為二進(jìn)制數(shù)，并送到鏈路層。第二層:數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）定義了一系列服務(wù)于應(yīng)用層的功能和向下與物理層的接口，使用物理層的服務(wù)，提供了介質(zhì)存取控制功能、信息傳輸?shù)牟铄e(cuò)檢驗(yàn)。DLL提供原語服務(wù)和相關(guān)事件、與原語服務(wù)相關(guān)的參數(shù)格式，以及這些服務(wù)及事件之間的相關(guān)關(guān)系，DLL為用戶提供了可靠且透明的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層是現(xiàn)場總線的核心。所有連接到同一物理通道上的應(yīng)用進(jìn)程實(shí)際上都是通過鏈路層的實(shí)時(shí)管

30、理來協(xié)調(diào)的。為了突出實(shí)時(shí)性，現(xiàn)場總線沒有采用以往IEE802. 4標(biāo)準(zhǔn)中定義的分布式物理通道管理，而是采用了集中式管理方式。在這種方式下，物理通道被有效地利用起來，并可有效地減少或避免實(shí)時(shí)通信的延遲。第三層:應(yīng)用層（Fieldbus Application Layer）為用戶提供了一系列的服務(wù)，擁有簡化或?qū)崿F(xiàn)分布式控制系統(tǒng)中應(yīng)用進(jìn)程之間的通信，同時(shí)為分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)提供了應(yīng)用接口的操作標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性。應(yīng)用層與其它層的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)一起對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行管理。第四層:用戶（User Layer）是專門針對工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域現(xiàn)場裝置的控制和具體應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它定義了現(xiàn)

31、場設(shè)備數(shù)據(jù)庫間互相存取的統(tǒng)一規(guī)則，用戶憑標(biāo)準(zhǔn)功能塊可組態(tài)成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶的應(yīng)用程序，這是使現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)超過一項(xiàng)通信標(biāo)準(zhǔn)而成為一項(xiàng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵，也是使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關(guān)鍵。此外，現(xiàn)場總線基金會(huì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還為每個(gè)設(shè)備定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理，可提供組態(tài)管理、性能管理和差錯(cuò)管理的功能。系統(tǒng)管理負(fù)責(zé)完成設(shè)備地址分配、功能塊執(zhí)行調(diào)度、時(shí)鐘同步和標(biāo)記定位等功能。 （1）PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說明了各種不同PROFIBUS-DP設(shè)備的設(shè)備行為。（2）PROFIBUS-FMS：定義了第

32、一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低層接口（Lower Layer InterfaceLLI）。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。（3）PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，PA的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。2.3 PROFIBUS-DP概述PROFIBUS-

33、DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。總線循環(huán)時(shí)間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。2.3.1 PROFIBUS-DP的基本功能（1）傳輸技術(shù)：RS-485雙絞線、雙線電纜或光纜。波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。（2）總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點(diǎn)（主從設(shè)備）數(shù)為126。（3）通信：點(diǎn)對點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主主數(shù)據(jù)傳送

34、。（4）運(yùn)行模式：運(yùn)行、清除、停止。（5）同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。（6）功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。DP從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給DP從站賦予地址。通過總線對DP主站（DPM1）進(jìn)行配置。每DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。（7）可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。（8）設(shè)備類型：第二類DP

35、主站（DPM2）是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程序控制器，如PLC、PC等。DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門等。2.3.2 PROFIBUS-DP基本特征（1）速率：在一個(gè)有著32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP對所有站點(diǎn)傳送512 bit/s輸入和512 bit/s輸出，在12M bit/s時(shí)只需1毫秒。（2）診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷能能對故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級(jí)： 本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高、壓力過低。 模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某具體I/O

36、模塊故障。 通道診斷操作：一個(gè)單獨(dú)輸入/輸出位的故障。2.4 PROFIBUS-DP控制系統(tǒng) 2.4.1 PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備：（1）一級(jí)DP主站（DPM1）：一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。（2）二級(jí)DP主站（DPM2）：二級(jí)DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操

37、作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。（3）DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、HMI、閥門等）。具體介紹如下:PLC(智能型1/0) : PLC自身有程序存儲(chǔ)器，PLC的CPU部分執(zhí)行程序并按程序指令驅(qū)動(dòng)I/O，可以作為Profibus的一個(gè)從站。在PLC存儲(chǔ)器中劃分出一段特定區(qū)域，作為PLC與主站通信的共享數(shù)據(jù)區(qū)。主站可以通過通信間接控制從站PLC的I/O接口。分散式1/O(非智能型I/O ):通常由電源部分、通信適配器部分、接線端子部分組成。分散式I/O不具有程序存儲(chǔ)和程序執(zhí)行，通信適配器部分接收主站指令，按主站指令驅(qū)動(dòng)I/

38、O，并將I/O輸入及故障診斷等信息返回給主站。通常分散型I/O是由主站統(tǒng)一編址，這樣在主站編程時(shí)使用分散式I/O與使用主站的I/O沒有什么區(qū)別。驅(qū)動(dòng)器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備:即帶Profibus接口的現(xiàn)場設(shè)備，可由主站在線完成系統(tǒng)配置、參數(shù)修改、數(shù)據(jù)交換等功能。至于哪些參數(shù)可進(jìn)行通信及參數(shù)格式由Profibus行規(guī)決定。（4）單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。如圖3所示：單主系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最短的總線循環(huán)時(shí)間，他們的組成： 1個(gè)DP-1類主站 1到125個(gè)DP-從站 1到DP-2類主站（可選）DP-主站（1類）DP-主站（2類）1到125個(gè)DP-從站圖3 單主站系統(tǒng)（5）多主站

39、系統(tǒng)：總線上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè)DPM1、指定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備。任何一個(gè)主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映像，但是只有一個(gè)DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。如圖4所示： DP 1類主站DP 2類主站DP 1類主站DP從站DP 從站PROFIBUSDP系統(tǒng)多主系統(tǒng)的組成：3個(gè)主設(shè)備（1類or2類）、1到最多124個(gè)DP-從站。圖4 多主站系統(tǒng)2.4.2 PROFIBUS控制系統(tǒng)配置的幾種形式2.4.2.1 按現(xiàn)場設(shè)備類型分根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備Profibus接口，Profibus控制系統(tǒng)配置可分為三種形式。總線接口型:現(xiàn)場設(shè)備不具備

40、Profibus接口，采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場設(shè)備連接。這種形式在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)初期容易推廣。如果現(xiàn)場設(shè)備能分組，組內(nèi)設(shè)備相對集中，這種模式會(huì)更好地發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。單一總線型:現(xiàn)場設(shè)備都具備Profibus接口。這是一種理想情況?？墒褂矛F(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全的分布式結(jié)構(gòu)，可充分獲得這一先進(jìn)技術(shù)所帶來的利益。不過，在目前這種方案設(shè)備成本可能較高。混合型:現(xiàn)場設(shè)備部分具備Profibus接口。在較長的一段時(shí)期內(nèi)，這將是相當(dāng)普遍的。這時(shí)應(yīng)采用Profibus現(xiàn)場設(shè)備加分散式1/O混合使用的方法。不管舊設(shè)備改造還是新建項(xiàng)目，希望全部使用具備Profibus接口的設(shè)備的場合可能不是很多

41、，分散式I/O可作為通用的現(xiàn)場總線接口，是一種靈活的集成方案。在本課題對象的測控系統(tǒng)中，由于現(xiàn)場設(shè)備中某些變送器、調(diào)節(jié)閥不具備Profibus接口，還有一些設(shè)備在成本和使用的便利性上，使用傳統(tǒng)的模擬儀表更為合算。因此，多現(xiàn)場總線實(shí)驗(yàn)室中建立的測控系統(tǒng)將采用混合型配置。2.4.2.2 按實(shí)際應(yīng)用需要分根據(jù)實(shí)際需要及投入資金情況，通常有如下幾種結(jié)構(gòu)類型:（1）以PLC或控制器作為一類主站，不設(shè)監(jiān)控站，調(diào)試階段配置一臺(tái)編程設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)類型中，PLC或控制器完成總線通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。（2）以PLC或控制器作為一類主站，監(jiān)控站通過串口與PLC一對一連接。這種結(jié)構(gòu)類型中，監(jiān)控站

42、不在Profibus網(wǎng)上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)或完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據(jù)只能從PLC或控制器讀取。（3）以PLC或其他控制器作為一類主站，監(jiān)控站作為二類主站連接在Profibus總線上。在這種結(jié)構(gòu)類型中，監(jiān)控站完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化以及在線監(jiān)控功能。（4）使用PC機(jī)+Profibus網(wǎng)卡作為一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。這是一個(gè)低成本方案。在主站結(jié)構(gòu)類型中，PC機(jī)故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。另外，通信模板廠商通常只提供一個(gè)模板的驅(qū)動(dòng)程序，總線控制程序、從站控制程序、監(jiān)控程序可能要由用戶開發(fā)，工作量比較大。（5）堅(jiān)固式PC機(jī)（Compact Computer） +Pr

43、ofibus網(wǎng)卡+Soft PLC的結(jié)構(gòu)形式。此方案和方案（4）比較，可靠性將大大提高。不過，由于控制器工作站是監(jiān)控站與一類主站的一體化，要求Soft PLC軟件必須完成:1）支持編程，包括主站應(yīng)用程序的開發(fā)、編輯、調(diào)試；2）執(zhí)行應(yīng)用程序；3）通過Profibus接口對從站的數(shù)據(jù)讀寫；4）從站遠(yuǎn)程參數(shù)化設(shè)置；5）主/從站故障報(bào)警與記錄；6）圖形監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫建立等監(jiān)控程序的開發(fā)與調(diào)試；7）設(shè)備組態(tài)、在線圖形監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功能。Soft PLC是將PLC的編程(IEC1131)及應(yīng)用程序運(yùn)行功能，和操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺(tái)堅(jiān)固式PC機(jī)上，形成一個(gè)PL

44、C與監(jiān)控站一體的控制器工作站。2.4.3 應(yīng)用PROFIBUS構(gòu)建控制系統(tǒng)應(yīng)注意的問題2.4.3.1 項(xiàng)目是否適于使用現(xiàn)場總線技術(shù)任何一種先進(jìn)的技術(shù)都有一定的適用范圍，超出這個(gè)范圍可能不會(huì)產(chǎn)生所期望的結(jié)果。當(dāng)希望應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)問題:現(xiàn)場被控設(shè)備是否分散這是決定是否使用現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵?，F(xiàn)場總線技術(shù)適合于分散的、具有通信接口的現(xiàn)場受控設(shè)備的系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的優(yōu)勢在于節(jié)省大量的現(xiàn)場布線成本，使系統(tǒng)故障易于診斷與維護(hù)。對于具有集中I/O的單機(jī)控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線技術(shù)沒有明顯優(yōu)勢。當(dāng)然，有些單機(jī)控制，在很難有空間用于大量的I/O走線時(shí)，也可以考慮使用現(xiàn)場總線。系統(tǒng)對底

45、層設(shè)備是否有信息集成要求現(xiàn)場總線技術(shù)適合對數(shù)據(jù)集成有較高要求的系統(tǒng)，如需要建立車間監(jiān)控系統(tǒng)，或需要建立全廠的CIMS系統(tǒng)。在底層使用現(xiàn)場總線技術(shù)可將大量豐富的設(shè)備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成到管理層，為實(shí)現(xiàn)全廠的信息系統(tǒng)提供重要的底層數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對底層設(shè)備是否有較高的遠(yuǎn)程診斷、故障報(bào)警及參數(shù)化要求現(xiàn)場總線技術(shù)特別適合用于有遠(yuǎn)程操作及監(jiān)控的系統(tǒng)。2.4.3.2 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指現(xiàn)場設(shè)備之間在最壞情況下完成一次數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)所能保證的最小時(shí)間。簡言之，就是現(xiàn)場設(shè)備的通信數(shù)據(jù)更新速度。如果實(shí)際應(yīng)用問題對系統(tǒng)響應(yīng)有一定的實(shí)時(shí)性要求，可根據(jù)具體情況考慮決定是否采用現(xiàn)場總線技術(shù)。2.4.3.3 采用什么樣的

46、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用戶確定采用Profibus總線技術(shù)后，下一個(gè)問題就是采用什么樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置。這里主要包括兩點(diǎn)需要考慮:一是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，一是總線的選型。在考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要注意的是:（1）系統(tǒng)是否分層，分幾層，是否需要車間層監(jiān)控；（2）有無從站，有多少，分布如何，從站設(shè)備如何連接，現(xiàn)場設(shè)備是否有總線接口，可否采用分散式I/O連接從站，哪些設(shè)備需選用智能型I/O控制。可以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備地理分布進(jìn)行分組并確定從站個(gè)數(shù)及從站功能的劃分；（3）有無主站，有多少，如何劃分，如何連接。在考慮總線的選型時(shí)，主要考慮:（1）根據(jù)系統(tǒng)是離散量控制還是流程控制，確定選用DP還是PA，是否需要考慮本征安全；（2）

47、根據(jù)系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性要求及傳輸距離，決定現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸速率；（3）根據(jù)是否需要車間級(jí)監(jiān)控和監(jiān)控站，確定是否用FMS及連接形式；（4）根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求及工程投入資金，決定主站形式及產(chǎn)品。第三章PROFIBUS技術(shù)探索及其在電廠中的應(yīng)用3.1現(xiàn)場總線的選取及應(yīng)用層面3.1.1現(xiàn)場總線的選取發(fā)電廠的各生產(chǎn)過程被控對象特性不同，各現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)背景和擅長領(lǐng)域也不同，因此需要根據(jù)不同的工藝過程選擇較合適的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)場總線在不同行業(yè)中的逐步深入應(yīng)用，專業(yè)技術(shù)人員對各種總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用場合的認(rèn)識(shí)日益清晰。比較一致的結(jié)論是：對過程控制應(yīng)用來說，PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標(biāo)準(zhǔn)相比而

48、言，F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制(取代420mA模擬量)，而PROFIBUS較適用于離散量控制，但同時(shí)也適用于連續(xù)量控制（只是在連續(xù)量控制方面略遜于FF總線）。從現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用業(yè)績來看，PROFIBUS總線技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)電廠中有過較多成功的應(yīng)用，如德國的尼德豪森(Niederaussem)發(fā)電廠、國內(nèi)陜西楊凌熱發(fā)電廠、山東龍口發(fā)電廠、河北三河發(fā)電廠、廣安發(fā)電廠、國華寧海發(fā)電廠一期工程等。FF現(xiàn)場總線的產(chǎn)品在化工、醫(yī)藥、冶金、水廠等方面應(yīng)用業(yè)績較多。最近，上海賽科工程中現(xiàn)場總線設(shè)備10631臺(tái)、2473個(gè)FF現(xiàn)場總線網(wǎng)段的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已投入運(yùn)行，屬目前世界上規(guī)模最大的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。廣東南海

49、石油化工汽電聯(lián)產(chǎn)工程中的汽電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，已確定除安全保護(hù)系統(tǒng)外，其余的壓力、差壓、溫度變送器及執(zhí)行器均采用FF現(xiàn)場總線。現(xiàn)場總線范圍包括余熱鍋爐，汽輪機(jī)，燃油鍋爐。國內(nèi)發(fā)電廠中的山東鄒縣二期工程、江蘇望亭聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠在局部區(qū)域也采用了FF現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線的應(yīng)用層面火發(fā)電廠機(jī)組控制具有控制任務(wù)集中而復(fù)雜的特點(diǎn)，不同的控制回路之間往往存在相互的聯(lián)系。FF現(xiàn)場總線設(shè)備具有一定的控制和運(yùn)算功能，能夠完成較單純的單回路或串級(jí)調(diào)節(jié)任務(wù)，但是對于存在多回路耦合的復(fù)雜控制，需要在不同網(wǎng)段間傳輸數(shù)據(jù)，就可能影響控制的實(shí)時(shí)性。如網(wǎng)段、設(shè)備分布設(shè)計(jì)不當(dāng)，就可能影響到工藝系統(tǒng)及設(shè)備的安全運(yùn)行。PROFIBUS現(xiàn)

50、場總線的現(xiàn)場智能設(shè)備本身基本不具備控制功能。盡管國內(nèi)火發(fā)電廠采用的主流DCS基本上都已提供了各自的現(xiàn)場總線解決方案，但西門子公司SPPA-T3000系統(tǒng)、艾默生公司OVATION系統(tǒng)、FOXBORO公司I/A系統(tǒng)等著名DCS品牌產(chǎn)品無一例外地均是在原有DCS的基礎(chǔ)上，提供對智能現(xiàn)場儀表和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場總線支持?？梢赃@樣說，火發(fā)電廠現(xiàn)場總線的應(yīng)用將更側(cè)重于現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化及由此數(shù)字化而帶來的種種益處，而不在于純粹意義上的FCS應(yīng)用。因此，本應(yīng)用設(shè)計(jì)僅考慮在現(xiàn)場設(shè)備層全面采用現(xiàn)場總線技術(shù)，所有的調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯原則上還是與采用常規(guī)DCS時(shí)一樣，按照工藝系統(tǒng)劃分在不同的FCS控制器

51、中集中處理。在現(xiàn)場設(shè)備層全面采用現(xiàn)場總線技術(shù)的情況下，基本不減少控制器的配置，多數(shù)調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯仍按照工藝系統(tǒng)劃分在不同的控制器中集中處理，少數(shù)單回路調(diào)節(jié)任務(wù)下可以考慮放到現(xiàn)場總線設(shè)備中（當(dāng)采用FF現(xiàn)場總線時(shí)）。發(fā)電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)（水、煤、灰以及脫硫）的控制以開關(guān)量程序控制為主，此外還存在少量的簡單連續(xù)調(diào)節(jié)。而PLC具有邏輯處理功能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)、采購成本較低等特點(diǎn)，在發(fā)電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)中有深厚的應(yīng)用基礎(chǔ)。因此輔助生產(chǎn)系統(tǒng)采用PLC為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線，原則上所有控制邏輯在PLC控制器中實(shí)現(xiàn)。3.2現(xiàn)場總線應(yīng)用設(shè)計(jì)總體方案3.2.1單元機(jī)組部分整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)按照工

52、藝過程劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，其中包括鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)、鍋爐汽水/本體系統(tǒng)、鍋爐煙/風(fēng)系統(tǒng)、燃油/制粉系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、汽機(jī)抽真空系統(tǒng)、汽機(jī)潤滑油/EH油系統(tǒng)等，上述各子系統(tǒng)均采用現(xiàn)場總線技術(shù)。如采用FF現(xiàn)場總線，工藝系統(tǒng)中的單回路(單沖量)調(diào)節(jié)，如汽機(jī)潤滑油溫度調(diào)節(jié)、輔助蒸汽溫度/壓力調(diào)節(jié)、汽機(jī)軸封壓力/溫度調(diào)節(jié)等可放在現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)(采用PROFIBUS總線時(shí)，仍在DCS控制器中控制)。鑒于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）、給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）和給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）對機(jī)組安全運(yùn)行至

53、關(guān)重要，而且汽機(jī)DEH（包括ETS）與汽機(jī)本體控制和保護(hù)相關(guān)性大、回路處理速度要求高，本應(yīng)用設(shè)計(jì)方案中FSSS、DEH和ETS以及給水泵汽機(jī)MEH和METS仍采用成熟的常規(guī)控制技術(shù)。機(jī)組廠用電動(dòng)機(jī)和廠用電監(jiān)控雖然采用現(xiàn)場總線（廠用電監(jiān)控現(xiàn)場總線系統(tǒng)，F(xiàn)ECS），但總線多為CAN、LONWORKS、MODBUS等標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)可通過與機(jī)組DCS的通訊接口相互傳輸信號(hào)。出于機(jī)組安全考慮，所有機(jī)組電動(dòng)機(jī)及主廠房內(nèi)重要電源開關(guān)的分/合指令信號(hào)、狀態(tài)反饋信號(hào)還是通過硬接線方式進(jìn)入DCS，其它信號(hào)通過通訊接口連入機(jī)組DCS。對于廠用電動(dòng)機(jī)380VMCC回路，條件允許的情況下也可考慮采用具有PROFIBUS-

54、DP接口的智能馬達(dá)控制器（類似西門子公司的SIMOCODE產(chǎn)品）。鍋爐吹灰程控、循泵房、燃油泵房控制原則上采用常規(guī)遠(yuǎn)程I/O站。其中循泵房、燃油泵房如電氣低壓380VMCC采用具有ProfibusDP接口的馬達(dá)控制裝置時(shí)，熱控系統(tǒng)可考慮采用現(xiàn)場總線方式實(shí)現(xiàn)。機(jī)組SOE要求有1ms的分辨率，目前設(shè)計(jì)中接入SOE的多為主、輔機(jī)的跳閘接點(diǎn)信號(hào)和電氣開關(guān)量，主、輔機(jī)跳閘首出原因由控制器邏輯判斷。為保證SOE的分辨率，仍考慮采用專用SOE卡或常規(guī)DI卡。變送器總體上均采用現(xiàn)場總線型智能變送器接入DCS。其中，F(xiàn)SSS、DEH、ETS、MEH、METS相關(guān)的變送器采用具有HART通訊協(xié)議的常規(guī)智能型進(jìn)口產(chǎn)

55、品，以便在機(jī)組DCS中利用現(xiàn)場總線設(shè)備診斷和管理軟件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和故障診斷。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均考慮采用具有現(xiàn)場總線接口的設(shè)備，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用帶現(xiàn)場總線接口的智能定位器，而FSSS、DEH、ETS、MEH、METS相關(guān)的閥門電動(dòng)/氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用具有HART通訊協(xié)議的常規(guī)智能型進(jìn)口產(chǎn)品。由于主廠房內(nèi)電磁閥控制的二位式氣動(dòng)閥門布置較為分散，如采用帶總線接口的閥島進(jìn)行控制不太合適，故還是采用常規(guī)I/O方式接入DCS。由于目前國產(chǎn)現(xiàn)場總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)尚未有成熟的應(yīng)用業(yè)績，而進(jìn)口現(xiàn)場總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與國產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的差價(jià)較大，平均每臺(tái)差價(jià)約貴3.5萬元人民幣。為從根本上降低工程造價(jià)的角度考慮，國

56、產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用常規(guī)I/O方式接入DCS。根據(jù)已實(shí)施工程情況，單臺(tái)機(jī)組中國產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)量約60臺(tái)左右。采用現(xiàn)場總線技術(shù)之后，現(xiàn)場分散的溫度測點(diǎn)可考慮采用現(xiàn)場總線型的智能溫度變送器接入DCS。對于現(xiàn)場相對集中的溫度測點(diǎn)如爐膛壁溫、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)本體溫度等測點(diǎn)，可采用兩種接入方式：一種方式是采用現(xiàn)場總線型智能變送單元，如EMERSON公司的產(chǎn)品(每臺(tái)設(shè)備可以將現(xiàn)場的8只溫度檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為FF總線的標(biāo)準(zhǔn)輸出，接入控制系統(tǒng))；另一種方式是沿用目前常規(guī)的遠(yuǎn)程I/O（國產(chǎn)智能前端）方式接入DCS。智能溫度變送器的價(jià)格較昂貴，而848T型8通道溫度變送器市場價(jià)格約14000元，如在工程中對全部溫度檢測信號(hào)采用總線方式接入將會(huì)較大程度增加工程投資。而且，就溫度類型信號(hào)而言，采用現(xiàn)場總線方式接入增加的信息內(nèi)容也不明顯。所以，溫度檢測信號(hào)原則上還是采用常規(guī)方式接入控制系統(tǒng)。為充分發(fā)揮現(xiàn)場總線設(shè)備具有的故障自診斷和網(wǎng)絡(luò)化管理能力，DCS應(yīng)配套設(shè)置現(xiàn)場總線設(shè)備診斷和管理軟件。設(shè)備管理人員通過軟件查詢所有現(xiàn)場設(shè)備（儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）的運(yùn)行情況，診斷維護(hù)信息，尋查故障，現(xiàn)場設(shè)備狀況始終處于維護(hù)人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控之中。同時(shí)，根據(jù)該軟件提供的信息準(zhǔn)確地制定大修或搶修的作業(yè)計(jì)劃和備件儲(chǔ)備，節(jié)約維修費(fèi)用，降低生命周期成本。3.2.2輔助生產(chǎn)部分全廠輔