现场总线及PROFIBUS总线技术在电厂的应用

周洪

【摘 要】概述现场总线特点及现状，对比PROFIBUS现场总线和其它总线，阐述电厂过程控制及基于PROFIBUS现场总线自动化系统构成。

【关键词】现场总线技术；FROFIBUS总线；电厂应用

1 现场总线技术的特点及现状

单片机技术的发展导致了现场仪表和装置的数字化革命，也使得现场仪表和装置之间的数字通讯成为可能。数字化、智能化的现场仪表和装置（如传感器、执行器等）不仅替代了4～20mA模拟系统，更主要的是可以在现场设备中实现控制功能和设备管理功能，而且有了数字通讯，在控制室可以获得现场设备的诸多信息，如诊断、量程、组态和标识等。

现场总线技术的出发点就是要为用户提供开发性、具有可互操作性、可互换性和统一标准的测量和控制产品，克服传统DCS和PLC等含有专利性技术的控制系统所带来的封闭性问题，择优选择不同公司的产品，集成最佳的生产过程控制系统，降低工程项目的建造和运营成本，提高企业的竞争力。

2 基于PROFIBUS现场总线与其它现场总线比较

PROFIBUS是过程现场总线（Process Field Bus）缩写。1991年，PROFIBUS成为德国国家标准DIN19245，1999年FORFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分，2001年被批准成为中华人民共和国工业自动化领域行业标准中唯一的现场总线标准。目前除了过程现场总线PROF IBUS以外，较为流行的现场总线主要还有以下3种：基金现场总线FF， 控制局域网CAN， HART总线。

FF总线功能强大，支持本安装系统，实时性好， 总线供电，但如果主设备失效将使整个网络瘫痪，总线虽然性能突出，成本却较高，协议也复杂，主要应用于流程控制领域。CAN总线简单可靠，抗干扰性强，成本低，非常适合用作传感器/执行器总线，但它的速度慢，传输距离也有限，不能满足有严格实时性要求的场合，其主要应用于汽车检测和控制。HART总线目前广泛采用的模拟系统上，技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要，其技术本身还在不断完善与更新，如需提高传输率，与以上总线技术相比，PROFIBUS在以下几方面显现了它的应用优势。

1）由于PROF IBUS现场总线技术投运时间较长，因而它已应用到电力电子技术（如变频器、执行机构、测量仪表）等领域中。

2）PROFIBUS 可远距离高速度传输数据。PROF IBUS - DP /FMS通信介质为屏蔽双绞电缆或光纤，传输速率为9. 6 k～12M bit·s-1 ，传输距离为100～1 200 m，通过中继器后传输距离还可增长 。

3）PROF IBUS根据不同的应用对象可灵活选取不同规格的总线系统。如简单的设备一级的高速数据传送，可选用PROF IBUS-DP单主站系统，稍微复杂一些的设备级高速数据传送可选用PROF I2 BUS -DP多主站系统，比较复杂一些的系统可以将PROFIBUS–DP与PROFIBUS- FMS混合选用，两套系统可方便地在同一根电缆上同时操作，无需附加任何转换装置。

3 PROFIBUS应用发展趋势分析

3.1 网络兼容与标准统一

PROFIBUS与工业以太网技术的结合与安全技术的结合，将是自动化技术发展的主要趋势，各种现场总线技术相互融合、合理搭配真正形成开放的互联系统将是现场总线的未来的发展终极趋势。

3.2 PROF IBUS产品开发

在近几年内，国产现场总线技术产品应用主要是在现场设备及仪表领域，现国内经过认证的PROF IBUS产品越来越多，例如，国电肇庆电厂使用自主知识产权的PROF IBUS接口卡件和现场总线上位机软件SDS或AMS， 及总线型执行机构构建出属于自己的PROFIBUS现场总线控制系统框架。

4 电厂生产过程控制的特点

电厂的生产包含了以下几个主要工艺过程：主机系统（锅炉和汽轮机发电机组）、脱硫系统、水处理系统、除渣出灰系统、燃料系统、热力系统、发配电系统。电力生产是一个极其复杂的工业过程，它涵盖了工厂自动化和过程自动化。在传统的电厂控制系统模式中，主机系统通常采用DCS作为主要的控制系统，其它辅助系统则采用“主辅一体化”或PLC为核心的控制系统。由于现场级设备主要采用传统的模拟量和开关量信号，生产过程的监控只能到达I/O子系统。

在电力建设过程中，电力生产企业的信息化管理引起了广泛的重视，构建辅助控制系统网络、电厂实时监控系统（SIS）和电厂信息管理系统（MIS），而对于现场级的设备依然采用传统的装置和方式接入控制系统I/O子系统。这对于以预测性设备维护和设备管理为预期目标的信息化建设，无疑是“无源之水”。因此解决电厂“信息盲区”的根本出路是现场总线技术的应用和实施。

5 基于PROFIBUS现场总线的电厂自动化系统构成

电厂综合自动化系统体系结构可分为三层，从低到高分别为现场控制层、监控层和管理层。基于现场总线的电厂综合自动化系统结构。此系统体系结构分为三层，从低到高分别为现场控制层、运行层和管理层。

一般的現场总线的核心系统结构主要包括2个层次：

1）运行层

运行显示层主要是通过显示设备，将FCS 系统采集到的数据传输显示到操作员站或者设备诊断控制站。一方面操作人员根据数据信息来进行组态，完成数据的统计，逻辑的更改等工作；另一方面，操作人员可以通过先进的总线设备管理系统SDS或AMS实现高效的电厂维护。该诊断系统对现场数字化智能设备提供的状态信息、参数信息、KKS 信息、故障信息和报警信息进行分析，使电厂维护水平提高到状态检修阶段，对设备进行预测检修，从而降低电厂的停机时间， 提高经济效益。显示层的设备主要是工控机，LED 显示器，模块组件等。

2）控制层

主要包括FCS 系统的数据处理单元DPU 和就地通讯单元，他们之间通过总线电缆或光缆连接。控制层的设备包括：DPU，总线卡件，控制柜，光电转化器，DP/PA耦合器，终端电阻，DP 通讯头等。

总线数据与SIS/MIS 无缝衔接实时运行数据和设备的状态信息数据通过自主研发的现场总线管理系统直接上传至SIS /MIS系统，这样现场仪表设备的故障信息、启停信息及预警信息与MIS 系统的生产管理系统结合起来，实现预防性维护及状态检修的数据基础。

6 结语

现场总线技术在电厂的应用能合理规划、改善电厂的自动化和信息化架构，降低工程造价，提高电厂自动化和信息管理水平，投资方、建设方以及设计院，同设备供应商一起推动现场总线技术在电厂的应用，享受新技术带来的效益和成果。

[责任编辑：杨玉洁]