一、引 言

我國因用電緊缺，急需一批先進的大型火電機組，但我過這方面技術落后，從國外引進。同時也引進了分散控制系統和PLC。FCS是由DCS與PLC發展而來，FCS不僅具備DCS與PLC的特點，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向對方靠攏的趨勢。新型的DCS已有很強的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網絡，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。DCS系統的關鍵是通信。也可以說數據公路是分散控制系統DCS的脊柱。由于它的任務是為系統所有部件之間提供通信網絡，因此，數據公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數據公路的媒體可以是：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。通過數據公路的設計參數，基本上可以了解一個特定DCS系統的相對優點與弱點。為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數據公路。為了保證系統的安全性，使用了復雜的通信規約和檢錯技術。所謂通信規約就是一組規則，用以保證所傳輸的數據被接收，并且被理解得和發送的數據一樣。目前在DCS系統中一般使用兩類通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個時鐘信號來調節數據的傳輸和接收，異步網絡采用沒有時鐘的報告系統。

二、現場總線技術

2.1 現場總線的概念

現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養簡便化、節省配線（配線的共享）。

傳統的4-20mA信號連接，信息量有限，嚴重制約了企業信息集成和企業綜合自動化的實現。現場總線技術把孤立的現場級設備帶進了企業信息網絡中。

2.2 Profibus 技術介紹

PROFIBUS，是一種國際化。開放式。不依賴于設備生產商的現場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

PPROFIBUS是過程現場總線的縮寫，于1989年正式成為現場總線的國際標準。目前在多種自動化的領域中占據主導地位，全世界的設備節點數已經超過2000萬。它由三個兼容部分組成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）。PROFIBUS－PA（Process Automation ）。PROFIBUS-FMS （Fieldbus Message Specification ）。主要使用主-從方式，通常周期性地與傳動裝置進行數據交換rofibus是德國于90年代初制訂的國家工業現場總線協議標準，代號DTN19245，目前是IEC 61158國際標準中的Type3部分。現在它成為不依賴于設備生產商、開放的、國際化的現場總線標準之一。廣泛應用于制造自動化、流程工業自動化、樓宇、交通、電力等領域的自動化控制系統中。

PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號傳輸。專為現場級分散IO節點設計；

PORFIBUS－PA：專為過程自動化設計，適合于本質安全的場合，可使傳感器和執行機構聯在一根總線上，并有本征安全規范。

PROFIBUS－FMS：用于車間級監控網絡，是一個令牌結構。實時多主網絡。為車間級通信任務提供了大量的通信服務。

PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus網絡協議也是以ISO的OSI七層參考模型為基礎，對第三層到第六層進行了簡化。

TEC61158中Type3的第一部分定義了Profibus的物量層和鏈路層協議，其技術指標如下：

物理接口標準：EIA RS-485

網絡接口：sub-D9 芯插頭

網絡拓撲：線性總線兩端加終端電阻

存取方式：鏈路層采用混合介質存取方式，主站間按令牌環方式，主站和從站間按主從方式工作。

站點數：主從站最多127個，每段最多32站，段間采用中繼器連接。

電纜：屏敝雙絞線截面》0.22mm2，阻抗120Ω

傳輸波特率：9.6k——-l2M

傳輸距離：1200m以下，與傳輸波特率成反比，可用Repeater（中繼器）增加傳輸距離。

TEC61158中Type3的第二部分定義了應用層協義，稱為FMS。FMS提供強有力的通信功能。

TEC61158中Type3的第三部分定義了DP協議，用于傳感器和執行器級的高速數據傳輸：其傳輸速率可達12Mbit/s，一般構成單主站系統，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。

TEC61158中Type3的第四部分為PA協議，用于安全性較高的場合，設備行規定義了設備自有的功能，設備描述語言及功能塊允許對設備進行完全的內部操作。

IEC61158中Type3的第一部分分別與第二、第三、第四部分構成了Profibus的三個兼容部分，即：Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA，分別應用于不同的場合。

圖1為Profibus通訊協議的結構示意

PROFIBUS總線具有下面特點：

1.用一根串行的數字總線替代傳統的并行24V信號和4～2OmA模擬信號

2.通過一根雙芯屏蔽電纜連接中央控制器和現場設備

3.同樣適用于防爆環境和有安全要求的應用：一個系統適合于不同的應用

4.數據和電源通過同一根電纜傳輸（PA）

5.對于所有的設備，只需要一個通用的組態和工程工具

6.連接不同廠商的設備

7.開放的、不依賴于廠商的現場總線，并符合IEC61158國際標準（Type3）

三、Profibus系統在循環流化床鍋爐控制系統的應用方案

在下面的論述中，我們將以電廠循環流化床鍋爐機組控制系統為例，介紹一下現場總線技術在電廠的應用。

電廠控制分成：過程控制系統和輔機控制系統

主機控制系統：

· 數據采集 （DAS）

· 模擬量控制 （MCS）

· 發電機-變壓器組和廠用電源系統順序控制 SCS（G/A）］

· 鍋爐爐膛安全監控系統 （FSSS）

· 汽輪機電液控制系統 （DEH）

· 輔機控制系統：

· 輸煤程控：

· 化學水處理：

· 除塵除灰：

· 脫硫系統：

近年來，循環流化床鍋爐在國內外都得到了廣泛的應用，其高效、節能、環保等優點是眾所周知的

3.1 系統構成

控制系統選用了西門子公司的過程控制系統。采用西門子工控機，配有STEP7 V5.2 編程軟件，WinCC6.0監控軟件為上位機監控系統。

下位機監控系統組成：兩套西門子PLC—CPU 417-2DP，四個ET2OOM工作站。以PROFI-BUS-DP和PROFIBUS-PA作為其現場總線，CP連接的以支持Profibus協議的PROFIBUS作為系統總線。

3.2 監控系統：

監控系統由一個操作員站和一個工程師站組成。操作員站主要完成與下位機的數據交換（數據采集），顯示各種已組態好的系統流程畫面、參數顯示畫面、控制畫面、趨勢曲線、報警畫面，報表打印及控制參數設置等功能。使操作員可以及時的了解整個鍋爐的運行情況，并采用有效的控制，以保證生產穩定運行。工程師站主要完成整個監控系統的運行組態，監控數據庫組態及顯示，各種顯示及控制畫面的組態，報警組態，事件紀錄及顯示和實事及歷史趨勢顯示。

3.3 控制方案說明

在控制方案中床溫及鍋爐負荷采用模糊控制；鍋爐液位、過熱蒸汽溫度，爐膛壓力、料床高度、除氧壓力、除氧器液位都采用了傳統的PID調節回路。

在WINCC中建立模糊控制規則輸入表。通過多變量模糊控制設計工具，并且在WinCC畫面中編輯了脫硫配方的計算及鍋爐效率，水、煤、氣、電等參數累計及瞬時的顯示。WINCC中建立模糊控制規則輸入表建立連接，即可將模糊控制規則下載到PLC中去。規則控制表可根據鍋爐的實際工作情況進行適時修改。

由于西門子冗余系統采用了時間同步的專利技術，可以保證以最快的速度進行主從切換，而且其現場總線網絡也采用了冗余的PROFIBUS技術，保證了系統的可靠性。對于儀表總線可采Y-LINK連接到Profibus PA儀表上。

系統過程控制級的硬件結構如圖2所示。

在這個系統中，充分體現了西門子新一代過程控制系統的優勢。使用的組態軟件是西門子的STEP75.2，由于其友好的用戶功能，標準化的PLC編程語言，結構化的編程思想，優良的測試功能，用戶帶來了很大的方便。利用其集成的標準PID控制軟件包，能很好的實現傳統的PID調節。將模糊控制與經典的PID控制器相結合，可以達到最優的控制目的。

對于系統的監視和控制，西門子的WlNCC 6.0，它是在PC基礎上的全面開放的新一代的人機界面監控系統。WINCC提供成熟可靠的操作，無論簡單、復雜任務，都能有效的組合，恰當的處理。

四、結束語

Profibus技術從2000年開始已成功應用于輔機程控中，特別是在四川廠安電廠輔機控制系統中，現場設備的控制全部采用了Profibus技術，得到了用戶的高度評價。尤其是與傳統集中控制比較，從系統設計、安裝調試、維護及擴展上，現場總線技術的優勢十分明顯，為實現無人值守的自動化遠程監控提供了技術裝備基礎。

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