周洪

【摘 要】概述現場總線特點及現狀，對比PROFIBUS現場總線和其它總線，闡述電廠過程控制及基于PROFIBUS現場總線自動化系統構成。

【關鍵詞】現場總線技術；FROFIBUS總線；電廠應用

1 現場總線技術的特點及現狀

單片機技術的發(fā)展導致了現場儀表和裝置的數字化革命，也使得現場儀表和裝置之間的數字通訊成為可能。數字化、智能化的現場儀表和裝置（如傳感器、執(zhí)行器等）不僅替代了4～20mA模擬系統，更主要的是可以在現場設備中實現控制功能和設備管理功能，而且有了數字通訊，在控制室可以獲得現場設備的諸多信息，如診斷、量程、組態(tài)和標識等。

現場總線技術的出發(fā)點就是要為用戶提供開發(fā)性、具有可互操作性、可互換性和統一標準的測量和控制產品，克服傳統DCS和PLC等含有專利性技術的控制系統所帶來的封閉性問題，擇優(yōu)選擇不同公司的產品，集成最佳的生產過程控制系統，降低工程項目的建造和運營成本，提高企業(yè)的競爭力。

2 基于PROFIBUS現場總線與其它現場總線比較

PROFIBUS是過程現場總線（Process Field Bus）縮寫。1991年，PROFIBUS成為德國國家標準DIN19245，1999年FORFIBUS成為國際標準IEC61158的組成部分，2001年被批準成為中華人民共和國工業(yè)自動化領域行業(yè)標準中唯一的現場總線標準。目前除了過程現場總線PROF IBUS以外，較為流行的現場總線主要還有以下3種：基金現場總線FF， 控制局域網CAN， HART總線。

FF總線功能強大，支持本安裝系統，實時性好， 總線供電，但如果主設備失效將使整個網絡癱瘓，總線雖然性能突出，成本卻較高，協議也復雜，主要應用于流程控制領域。CAN總線簡單可靠，抗干擾性強，成本低，非常適合用作傳感器/執(zhí)行器總線，但它的速度慢，傳輸距離也有限，不能滿足有嚴格實時性要求的場合，其主要應用于汽車檢測和控制。HART總線目前廣泛采用的模擬系統上，技術上也充分考慮連續(xù)過程使用環(huán)境的需要，其技術本身還在不斷完善與更新，如需提高傳輸率，與以上總線技術相比，PROFIBUS在以下幾方面顯現了它的應用優(yōu)勢。

1）由于PROF IBUS現場總線技術投運時間較長，因而它已應用到電力電子技術（如變頻器、執(zhí)行機構、測量儀表）等領域中。

2）PROFIBUS 可遠距離高速度傳輸數據。PROF IBUS - DP /FMS通信介質為屏蔽雙絞電纜或光纖，傳輸速率為9. 6 k～12M bit·s-1 ，傳輸距離為100～1 200 m，通過中繼器后傳輸距離還可增長 。

3）PROF IBUS根據不同的應用對象可靈活選取不同規(guī)格的總線系統。如簡單的設備一級的高速數據傳送，可選用PROF IBUS-DP單主站系統，稍微復雜一些的設備級高速數據傳送可選用PROF I2 BUS -DP多主站系統，比較復雜一些的系統可以將PROFIBUS–DP與PROFIBUS- FMS混合選用，兩套系統可方便地在同一根電纜上同時操作，無需附加任何轉換裝置。

3 PROFIBUS應用發(fā)展趨勢分析

3.1 網絡兼容與標準統一

PROFIBUS與工業(yè)以太網技術的結合與安全技術的結合，將是自動化技術發(fā)展的主要趨勢，各種現場總線技術相互融合、合理搭配真正形成開放的互聯系統將是現場總線的未來的發(fā)展終極趨勢。

3.2 PROF IBUS產品開發(fā)

在近幾年內，國產現場總線技術產品應用主要是在現場設備及儀表領域，現國內經過認證的PROF IBUS產品越來越多，例如，國電肇慶電廠使用自主知識產權的PROF IBUS接口卡件和現場總線上位機軟件SDS或AMS， 及總線型執(zhí)行機構構建出屬于自己的PROFIBUS現場總線控制系統框架。

4 電廠生產過程控制的特點

電廠的生產包含了以下幾個主要工藝過程：主機系統（鍋爐和汽輪機發(fā)電機組）、脫硫系統、水處理系統、除渣出灰系統、燃料系統、熱力系統、發(fā)配電系統。電力生產是一個極其復雜的工業(yè)過程，它涵蓋了工廠自動化和過程自動化。在傳統的電廠控制系統模式中，主機系統通常采用DCS作為主要的控制系統，其它輔助系統則采用“主輔一體化”或PLC為核心的控制系統。由于現場級設備主要采用傳統的模擬量和開關量信號，生產過程的監(jiān)控只能到達I/O子系統。

在電力建設過程中，電力生產企業(yè)的信息化管理引起了廣泛的重視，構建輔助控制系統網絡、電廠實時監(jiān)控系統（SIS）和電廠信息管理系統（MIS），而對于現場級的設備依然采用傳統的裝置和方式接入控制系統I/O子系統。這對于以預測性設備維護和設備管理為預期目標的信息化建設，無疑是“無源之水”。因此解決電廠“信息盲區(qū)”的根本出路是現場總線技術的應用和實施。

5 基于PROFIBUS現場總線的電廠自動化系統構成

電廠綜合自動化系統體系結構可分為三層，從低到高分別為現場控制層、監(jiān)控層和管理層?；诂F場總線的電廠綜合自動化系統結構。此系統體系結構分為三層，從低到高分別為現場控制層、運行層和管理層。

一般的現場總線的核心系統結構主要包括2個層次：

1）運行層

運行顯示層主要是通過顯示設備，將FCS 系統采集到的數據傳輸顯示到操作員站或者設備診斷控制站。一方面操作人員根據數據信息來進行組態(tài)，完成數據的統計，邏輯的更改等工作；另一方面，操作人員可以通過先進的總線設備管理系統SDS或AMS實現高效的電廠維護。該診斷系統對現場數字化智能設備提供的狀態(tài)信息、參數信息、KKS 信息、故障信息和報警信息進行分析，使電廠維護水平提高到狀態(tài)檢修階段，對設備進行預測檢修，從而降低電廠的停機時間， 提高經濟效益。顯示層的設備主要是工控機，LED 顯示器，模塊組件等。

2）控制層

主要包括FCS 系統的數據處理單元DPU 和就地通訊單元，他們之間通過總線電纜或光纜連接?？刂茖拥脑O備包括：DPU，總線卡件，控制柜，光電轉化器，DP/PA耦合器，終端電阻，DP 通訊頭等。

總線數據與SIS/MIS 無縫銜接實時運行數據和設備的狀態(tài)信息數據通過自主研發(fā)的現場總線管理系統直接上傳至SIS /MIS系統，這樣現場儀表設備的故障信息、啟停信息及預警信息與MIS 系統的生產管理系統結合起來，實現預防性維護及狀態(tài)檢修的數據基礎。

6 結語

現場總線技術在電廠的應用能合理規(guī)劃、改善電廠的自動化和信息化架構，降低工程造價，提高電廠自動化和信息管理水平，投資方、建設方以及設計院，同設備供應商一起推動現場總線技術在電廠的應用，享受新技術帶來的效益和成果。

[責任編輯：楊玉潔]