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(tǒng)和PLC。FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS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(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。DCS系統(tǒng)的關鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。通過數(shù)據(jù)公路的設計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)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(shù)據(jù)公路。為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復雜的通信規(guī)約和檢錯技術。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。目前在DCS系統(tǒng)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(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。

二、現(xiàn)場總線技術

2.1 現(xiàn)場總線的概念

現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡，也稱現(xiàn)場網(wǎng)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(wǎng)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(shù)字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線（配線的共享）。

傳統(tǒng)的4-20mA信號連接，信息量有限，嚴重制約了企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)。現(xiàn)場總線技術把孤立的現(xiàn)場級設備帶進了企業(yè)信息網(wǎng)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(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當總線系統(tǒng)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(yè)自動化、流程工業(yè)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(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術。可實現(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。

PPROFIBUS是過程現(xiàn)場總線的縮寫，于1989年正式成為現(xiàn)場總線的國際標準。目前在多種自動化的領域中占據(jù)主導地位，全世界的設備節(jié)點數(shù)已經(jīng)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(shù)據(jù)交換rofibus是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準，代號DTN19245，目前是IEC 61158國際標準中的Type3部分。現(xiàn)在它成為不依賴于設備生產(chǎn)商、開放的、國際化的現(xiàn)場總線標準之一。廣泛應用于制造自動化、流程工業(yè)自動化、樓宇、交通、電力等領域的自動化控制系統(tǒng)中。

PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)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(xiàn)場級分散IO節(jié)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(zhí)行機構聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。

PROFIBUS－FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡，是一個令牌結構。實時多主網(wǎng)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(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術。可實現(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。

Profibus網(wǎng)絡協(xié)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(xié)議，其技術指標如下：

物理接口標準：EIA RS-485

網(wǎng)絡接口：sub-D9 芯插頭

網(wǎng)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(huán)方式，主站和從站間按主從方式工作。

站點數(shù)：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(xié)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(xié)議，用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸：其傳輸速率可達12Mbit/s，一般構成單主站系統(tǒng)，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。

TEC61158中Type3的第四部分為PA協(xié)議，用于安全性較高的場合，設備行規(guī)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(nèi)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(xié)議的結構示意

PROFIBUS總線具有下面特點：

1.用一根串行的數(shù)字總線替代傳統(tǒng)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(xiàn)場設備

3.同樣適用于防爆環(huán)境和有安全要求的應用：一個系統(tǒng)適合于不同的應用

4.數(shù)據(jù)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(tài)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(xiàn)場總線，并符合IEC61158國際標準（Type3）

三、Profibus系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)的應用方案

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

電廠控制分成：過程控制系統(tǒng)和輔機控制系統(tǒng)

主機控制系統(tǒng)：

· 數(shù)據(jù)采集 （DAS）

· 模擬量控制 （MCS）

· 發(fā)電機-變壓器組和廠用電源系統(tǒng)順序控制 SCS（G/A）］

· 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) （FSSS）

· 汽輪機電液控制系統(tǒng) （DEH）

· 輔機控制系統(tǒng)：

· 輸煤程控：

· 化學水處理：

· 除塵除灰：

· 脫硫系統(tǒng)：

近年來，循環(huán)流化床鍋爐在國內(nèi)外都得到了廣泛的應用，其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點是眾所周知的

3.1 系統(tǒng)構成

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

下位機監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)場總線，CP連接的以支持Profibus協(xié)議的PROFIBUS作為系統(tǒng)總線。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)：

監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)交換（數(shù)據(jù)采集），顯示各種已組態(tài)好的系統(tǒng)流程畫面、參數(shù)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(shù)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(chǎn)穩(wěn)定運行。工程師站主要完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的運行組態(tài)，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫組態(tài)及顯示，各種顯示及控制畫面的組態(tài)，報警組態(tài)，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(tǒng)的PID調節(jié)回路。

在WINCC中建立模糊控制規(guī)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(shù)累計及瞬時的顯示。WINCC中建立模糊控制規(guī)則輸入表建立連接，即可將模糊控制規(guī)則下載到PLC中去。規(guī)則控制表可根據(jù)鍋爐的實際工作情況進行適時修改。

由于西門子冗余系統(tǒng)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(xiàn)場總線網(wǎng)絡也采用了冗余的PROFIBUS技術，保證了系統(tǒng)的可靠性。對于儀表總線可采Y-LINK連接到Profibus PA儀表上。

系統(tǒng)過程控制級的硬件結構如圖2所示。

在這個系統(tǒng)中，充分體現(xiàn)了西門子新一代過程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。使用的組態(tài)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(yōu)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(xiàn)傳統(tǒng)的PID調節(jié)。將模糊控制與經(jīng)典的PID控制器相結合，可以達到最優(yōu)的控制目的。

對于系統(tǒng)的監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)。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?shù)奶幚怼?/p>

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(tǒng)中，現(xiàn)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(tǒng)集中控制比較，從系統(tǒng)設計、安裝調試、維護及擴展上，現(xiàn)場總線技術的優(yōu)勢十分明顯，為實現(xiàn)無人值守的自動化遠程監(jiān)控提供了技術裝備基礎。

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