PROFIBUS总线（精选7篇）
PROFIBUS总线 篇1
现场总线 (Process Field Bus) 是20世纪80年代中后期在工业控制中逐步发展起来的, 随着芯片技术的不断发展, 其功能不断增强, 加之计算机技术和网络技术的迅猛发展, 它是一种应用于生产现场设备之间或设备和控制单元之间实现数字通信。
1 现场总线的现状
目前世界上存在40多种现场总线, 如德国西门子公司的PROFIBUS、Rober Bosch公司的CAN、国际标准组织-基金会现场总线FF (Foundation Field Bus) 、美国的Device Net和Control Net、法国的FIP、英国的ERA、挪威的FINT等等。其中, PROFIBUS是当前国际上通用的现场总线中8大现场总线之一, 而且以它的技术优势和开放性, 日益得到诸多厂商的支持, 逐渐成为现场通信网络的优秀解决方案, 目前其全球网络节点数年均增长几百万个。
2 PROFIBUS的组成部分
PROFIBUS已被纳入现场总线的国际标准IEC61158和欧洲标准EN20170, 并于2001年被定为我国的国家标准JB/T10308.6-2001。ISO/OSI通信标准由七层组成, PROFIBUS协议使用了ISO/OSI模型的第一层 (物理层) 、第二层 (数据链路层) 和第七层 (应用层) 。
PROFIBUS提供三种通信协议:P R O F I B U S-F M S、P R O F I B U S-D P、PROFIBUS-PA。PROFIBUS-FMS (现场总线报文规范) , 使用ISO/OSI通信标准的第一、二、七层, 主要用于系统级和车间级的不同供应商的自动化系统之间传输数据。PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery, 分布式外部设备) , 使用ISO/OSI通信标准的第一、二层, 用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O的通信。PROFIBUS-PA (Process Automation, 过程自动化) 用于过程自动化的现场传感器和执行单元的数据传输。
3 PROFIBUS的通信模型
PROFIBUS通信模型是根据ISO7498国际准, 采用开放式系统互联网络 (ISO) 作为参考模型的, 该模型共有七层, 而PROFIBUS只使用了第一、二、七层, 第三至第六层没有使用。
第一层 (物理层) :是协议的最底层, 功能是为终端设备间的数据通信提供传输媒介及连接。PROFIBUS-FMS/DP/PA物理层不尽相同。
第二层 (数据链路层) :数据链路层是物理层和应用层之间, 实现物理层和应用层之间的数据路的建立、链路管理、链路控制、差错控制链路结束。PROFIBUS-FMS/DP/PA数据链路层是一致的。
第三层 (应用层) :应用层是操作者与控制系统的接口, 方便人机互动, 使整个系统具有更强大的开放性。
第四层 (用户层) :用户层建立在应用层之上, 与应用层建立统一的数据库存取规则, 最终实现用记的控制程序。
4 PROFIBUS的通信组成
PROFIBUS-DP是PROFIBS协议的主体, 它负责主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息, 总线循环时间必须要比主站程序循环时间短。可实现功能包括:DP主站和DP从站间的循环用户;各DP主站的动态激活和可激活;DP从站组态的检查;具有强大的三级诊断功能;输入或输出的同步功能;通过总线给DP从站赋予地址;通过总线对DP从站进行配置。PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统, 在同一总线上最多可连接126个站点, 系统配置内容包括:站数、站地址、输入和输出地址、输入和输出数据格式、诊断信息格式等。
5 PROFIBUS通信方式
PROFIBUS支持主从系统、纯主站系统、多主多从混合系统3种传输方式。主站具有对总线的控制权, 可主动发送信息, 对多主站系统来说, 主站之间采用令牌方式传递信息, 得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权, 应事先规定好令牌在各主站之间中循环一周的最长时间。按PROFIBUS的通信规范, 令牌在主站之间按地址编号顺序, 沿上行方向进行传递。主站在行到控制权时, 可以按主-从方式, 向从站发送或索取信息实现点对点通信。PROFIBUS系统的物理层也还可以支持光纤, 大大扩展了通信范围。
6 PROFIBUS的优势
PROFIBUS总线技术与其它总线技术相比有以下几个方面优势:
(1) PROFIBUS应用范围广, 具有开放性和互用性。
(2) PROFIBUS可远距离高速度传输数据。
(3) PROFIBUS根据不同的应用对象可灵活选取不同规格的总线系统。
(4) PROFIBUS具有对环境的适应性。传输介质支持双绞线、同轴电缆、光纤等。
(5) PROFIBUS具有西门子等厂商支持。
7 结束语
随着电子技术、网络技术、计算机技术和自动化控制技术的发展, PROFIBUS现场总线技术将具备更强的性能、更高的可靠性、更好的性价比, 将有更多的工程技术人员学习和掌握它, PROFIBUS现场总线技术应用将越来越广泛。
摘要：本文介绍了PROFIBUS是一种国际化、开放的现场总线标准, 它是一种能把各网络节点的智能设备连接成自动化网络系统的协议。
关键词：PROFIBUS,现场总线
参考文献
[1]向晓汉, 西门子PLC工业通信完全精通教程[M].北京:清华大学出版社, 2013.
[2]阳宪惠, 现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[3]顾洪军, 工业企业网与现场总线技术及应用[M].北京:人民邮电出版社, 2002.
[4]李正军, 现场总线及其应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.
PROFIBUS总线 篇2
随着电子技术和计算机技术的不断发展, 工业生产过程的控制系统正在向着智能化、数字化和网络化的方向发展。传统的集散控制制方式和计算机分层控制方式已经开始让位于智能终端与网络结合的总线网络控制方式。总线网络控制方式是指通过一个适当的现场总线把系统中的各种设备连接在一起, 从而形成一个完整的封闭系统, 连接在总线上的设备可以是各种具备智能和通信功能传感器和控制器, 也可以是通信设备和计算机。连接在总线上的设备之间都能直接进行信息交换。因此, 以总线为核心形成一个完整的控制网络, 其系统具有设备之间的信息交换的能力, 具有设备自调整的能力, 同时还有与internet直接连接的能力。现场总线网络可以被看成是信息系统的直接终端, 是一种以信息网络技术为基础的控制系统, 实现了控制灵活、分散控制、信息共享、优化企业生产过程、实现企业量化管理、提高生产效率。
1 PROFIBUS的组成
PROFIBUS由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-dp、PROFIBUS-paD 3个系统组成。
1.1 PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-FMS主要用于主站之间的对等通信, 但随着以太网技术的发展, 车间管理级的通信将越来越多地采用100m的高速工业以太网技术。另外, FMS推荐只用于不同厂家主站之间的通信。对于同一厂家的控制设备, 例如全是西门子设备可以采用S7协议或FDL协议, 它们和DP、FMS协议在同一根电缆上并行。
1.2 PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP主要用于现场级的主从通信, 例如PLC或PC和远程I/O、传动装置、人机界面等之间的通信。同时, DPV1补充协议定义了从站之间的直接通信功能, 这使得PROFIBUS的实时性又得到进一步的提高。
1.3 PROFIBUS-PA
PROFIBUS-PA主要用于主站与仪表、变送器等之间的通信, 具有本质安全特征。通常DP与PA结合使用, DP作为高速的骨干网络, PA置于防爆区。
2 PROFIBUS特点及技术特性
2.1 一切集成到一条总线上
1) PROFIBUS的通用性证明其最适合应用于“混合式”工厂内, 最具代表性的就是过程工业。除了生产本身的批量或连续工序以外, 包括分散的上游领域, 以及生产末端的下游领域。总体而言, 这些分散的应用通常占有数量优势。此外, 还有必要考虑需要本质安全的危险区域以及与安全相关的应用。使用的设备种类包括从简单的开关或通用的4mA~20mA设备到复杂的过程设备, 从驱动器到变频器的安全设备。“混合型工业”的各个市场领域只须使用一种现场总线:PROFIBUS。
2) PROFIBUS-DP是一种通用性的高速骨干网络, 传输速度可达12Mbit/s, 可以将主生产线上从上游到下游的所有设备连接在一起。本质安全的现场设备可以整合到各个部分, 并且分别完成工艺工程的特殊要求, 以便在总线上实现本质安全的电源供应和热拔插功能。这种匹配的物理传输介质和PA设备应用行规就是指PROFIBUS-PA, 可以确保过程设备具有相同的性能特点。传输速率采用固定的31.5 kbit/s的耦合器可适用于向总线上的设备提供电源以及与PROFIBUS-DP的连接。这种耦合器能够处理PROFIBUS-DP到本质安全的“MBP”接口的物理转换。由于在PROFIBUS-PA上采用同一通讯协议, 所以可以从PROFIBUS-DP无缝过渡到PROFIBUS-PA, 而不存在系统中断或其它其它现场总线系统所需的协议转换。
3) 与安全相关的任务也可以通过使用PROFIsafe应用行规的PROFIBUS总线上执行。对于用户而言, “一切集成到一条总线上”意味着可以避免设备故障和减少工厂内的接口。这样可以带来更高的操作可靠性和实用性, 减少工程、文件编制和培训的间接费用, 并最终拥有中央数据库的优势。
2.2 灵活多样的解决方案
本质安全设备是在工厂防爆危险区进行操作的一项不可或缺的前提条件。PROFIBUS可以采用两种不同的方式实现:
1) 在PROFIBUS-PA采用MBP-IS接口技术, 提供符合IEC标准的两线制供电技术。MBP-IS符合FISCO模型。就在本质安全环境下即:每个总线段都只有一个有源终端。
2) PROFIBUS同时规定了具有EExi保护等级的RS485-IS接口。它提供在危险区直接使用PROFIBUS-DP远程I/O站的可能性, 这种方式的好处可提供很高的通信数据速率。
2.3 集成的故障安全技术
PROFIBUS在整合了所有设备的安全功能之后, 标志着一个决定性的转折点。这种基于软件的PROFIsafe应用行规也可以在其它没有更改的标准设备中实施, 从而可以在一条或相同的总线上运行故障安全的标准应用。因此, 不再需要一条单独的安全总线。由于减少了所需的硬件, 所实施的安全应用无须专用设施, 并能够减少用户成本, 而且可以降低工程和安装费用。
2.4 基于PROFIBUS的系统诊断技术
在配置有现场总线通讯设备的工厂内, 从智能型现场设备获取的有关运行状况以及最近的过程环境的信息具有重要的实际作用, 尤其是在工厂维护方面, 用户获得的好处是显而易见的。过去现场出现问题靠维修人员跑到现场检查故障设备, 而现在基于PROFIBUS的系统诊断技术能够优化自动化系统的价值工程, 它可以为整个项目的生命周期提供支持。从设备安装、系统的调试以及系统运行和维护阶段, 系统诊断技术可以为现场技术人员提供丰富详细的系统诊断信息。
3 结论
现有的现场总线系统有其自己的市场位置, 随着网络协议的融合技术的不断加强, 集成多种通信协议的工业“网关”产品将占有更大的市场份额。可以预见, PROFIBUS是具有巨大发展前途的“自动化技术”。
摘要：本文介绍了PROFIBUS的组成及技术特性。从通信过程的效率、传输速度、可靠性及诊断技术等方面, 说明了使用现场总线技术对企业进行了成本优化、逐步进行现场化或扩展, 以推进现场总线PROFIBUS技术的应用, 从而提升工业自动化技术水平。
关键词：现场总线技术,网络,PROFIBUS
参考文献
[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京:清华大学出版社, 2010.
PROFIBUS总线 篇3
关键词：PROFIBUS,现场总线,故障处理,预防
1 PROFIBUS现场总线的分类
PROFIBUS是Process Field Bus的缩写, 由以SIEMENS公司为主的十三家工业企业和五家研究机构联合推出, 是联邦德国于九十年代初制定的国家工业现场总线协议标准。PROHBUS己经成为一种国际化的、开放的现场总线标准。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三个兼容版本。
1.1 PROFIBUS-FMS (现场总线信息规范)
用于解决车间层通用性通信任务, 要求面向对象, 提供较大数据量的通信服务, 完成中等速度的循环和非循环通信任务, 是一个令牌结构、实时多主网络。由于它是完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换, 因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统的响应时间, 应用过程通常要求的是随机的信息交换 (如改变设定参数等) 。强有力的FMS向用户提供了广泛的应用范围和更大的灵活性, 可用于大范围和复杂的通信系统。主要用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、低压开关设备等一般自动化控制。
1.2 PROFIBUS-PA (过程自动化)
是专为过程自动化而设计, 具有本质安全性, 主要用于安全性要求较高的场合以及有总线供电的站点。因此, PA尤其适用于化工、石油、冶金等行业的过程自动化控制系统。
1.3 PROFIBUS-DP (分散外设)
是一种经过优化的、高速廉价的通信连接, 是专为自动控制系统和设备层分散加之间的通信而设计, 使用PROFIBUS.DP模块可取代价格昂贵的24V或0-20m A并行信号线。用于分布式控制系统的高速数据传输, 其数据传输速率可达12Mbps。截至目前, DP的应用占整个PROFIBUS应用的80%安装实例, 代表了PROFIBUS的技术精华和特点。
2 PROFIBUS现场总线常见故障分析及处理方法
2.1 线路引起的故障
故障现象:生产过程中, 通信网络突然出现大面积的网络节点无法通讯。控制主站PLC网络状态指示灯提示, 网段1出现网络通讯故障。
解决方法:通过STEP7的硬件在线监控软件现场监控发现, 核子秤通讯子站以后的网路节点全部出现网络通讯故障。检查故障点周围的网线, 发现新增的一处通讯子站的桥架内网线出现破损, 将破损网线更换后, 网络通讯恢复正常。
排查心得:此类故障可以采用逐点排除的方法即用通讯节点逐个脱网的方法排查此类故障。先从发生通讯故障网段中选择离通讯主站最远的一个节点开始, 逐一合上节点插头上的终端电阻, 排查线路故障点。当合上某一个节点的终端电阻后, 其靠近主站侧的节点通讯恢复正常, 基本可以判定故障点就在这个节点与上个合上节点之间。
预防措施: (1) 定期检查桥架内的网线, 是否存在破损等影响通讯质量情况; (2) 设备进行局部改造施工时, 注意不要损坏已经铺设的网线。
2.2 通讯端口引起的故障
故障现象:在高压装置压缩厂房进行进出料过程中, 一数采柜数次出现突然停机现象。重新启动生产线后, 能够正常生产。
解决方法:查看触摸屏的故障信息发现, 该数采柜存在本地开关和本地电源开关置0、ET200通讯故障等故障。当发生子站通讯故障时, 在PLC控制器的输入缓冲区中的输入信息会自动复位到常开状态, 所以触摸屏显示本地开关和本地电源开关置0。由此基本上可以判断该储丝柜异常停机是其子站的ET200通讯子站通讯故障造成的。检查ET200通讯模板与DP网网络插头, 发现插头紧固螺丝松动, 致使子站通讯模板与网络插头接触不良。更换网络插头并重新紧固后, 没有再出现类似现象。
排查心得:在工作环境较恶劣的情况下, 要定期检查通信端口, 尤其是网段线路的末端, 当出现无规律的网络末端“掉网”时, 很可能是网段末端DP插头的终端电阻故障造成的, 首先要更换网络末端的DP插头。
预防措施: (1) 定期检查网络接头是否松动、虚接; (2) 定期检查模块电压是否正常, 压降是否在允许范围内; (3) 定期检查接地是否规范, 包括动力接地和通讯接地。
2.3 中继器引起的故障
故障现象:在生产过程中, 高压装置风送段发生故障停机, 同时伴有大面积网络通讯故障。
解决方法:现场观察发现, 多路阀旋转电机停在释放位置一端, 没有正常反向。通过检查发现, 旋转电机西侧限位开关发生线路短路, 造成DCS04站内的24V空气开关保护。恰好有一中继器也从这个空气开关引出24V电源, 开关一保护中继器“掉电”, 也就造成了大面积的网络通讯故障。单独给中继器提供24V电源后, 没有再发生类似的情况。
排查心得:有些网络通讯的故障, 并不一定就是网络设备自身引起的。故障排查时, 在排除网络自身设备故障后, 就要围绕相关设备进行排查。
预防措施:网络通讯模块电源一定要单独从总电柜直接引出, 不能从子站电源接入或和其它设备共用一个电源。因为一旦这个设备出现短路或这个子站电源中断, 就会使网络通讯模块“掉电”, 整个通讯网络就会因网络通讯模块电源故障而瘫痪。
3 PROFIBUS现场总线特殊故障的实例分析及预防措施
3.1 现场总线接口卡件损坏
某厂操作人员反映电气机构的多个电机无法操作, 经热控维修人员排查发现:现场总线节点Y-LINK卡上的故障 (Error) “红灯”亮起, 该卡所带的SIMOCODE电击的全部信息处干故障状态, 近20台电机、开关信息全部中断, 使该装置的电机、开关全部处于瘫痪状态。此时采用复位或者更换卡件是解决问题的最有效的办法。另外要求厂家寄备件以备再次出现此类情况。
3.2 现场总线连接器连接松动
某化学水总线调试期间, 运行操作人员发现数台仪表、阀门的数据同时回零, 热控人员根据软件诊断, 确认是某条总线段出现了故障。认真排查了现场总线卡、总线电源等都没有发现问题;接着检查从站的总线连接器、连接线头全松动, 造成了线路的断路, 使得通讯陷入瘫痪。安装期间采用专用压线器可以消除隐患。
3.3 数据量阻塞
工业以太网上用户负载的大小决定数据量是数据量阻塞的原因, 为了满足工艺的要求, 经过前期准备和调研, 对现场总线的设备进行合理选型, 利用调试, 我们对操作员站和总线通讯容量进行了验证, 在预算范围内选出最优的硬件配备方案, 使得今后数据阻塞的故障隐患可能降为最低。
3.4 操作员站死机
针对操作界面的死机, 原因有两个:一是控制器时间程序系统占用大量内存, 造成控制器运行内存不够而死机;二是病毒导致死机。后者我们使用定期升级病毒库的方法使得可能性在运行期间基本没有出现。前者我们升级了软件版本, 把死机的可能性降到最小, 使得隐患发生率达到最小。
结束语
现场总线作为一种典型的实时分布式控制网络技术, 己经成为目前最受关注的控制网络, 它在世界上特别是工业领域的广泛应用也给它带来了新的要求和新的发展契机, 本文对PROFIBUS总线在现场应用中的故障及处理方法进行了分析总结, 以期为从事相关总线技术的人员发现解决故障问题提供帮助。
参考文献
[1]侯维岩, 费敏锐.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].清华大学出版社, 2006.
PROFIBUS总线 篇4
PROFIBUS是一种开放的现场总线标准,符合欧洲标准E N 5 0 1 7 0。P R O F I B U S包括三个兼容部分,即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-FMS(Field Message Specification)用于面向对象的场合、在工业自动化系统中单元层与现场层的通用目的的数据通信。强有力的F M S服务向用户提供了广泛的应用范围和高度的灵活性,不仅可以用来解决车间级的通信任务,还能够用于大范围和复杂的通信系统[1]。研究其通信协议,有利于我们更好地掌握P R O F I B U S技术和开发现场总线产品。本文就PROFIBUS-FMS通信协议的结构和现场设备FMS接口的实现方法进行详细阐述。
2 PROFIBUS-FMS协议结构与服务
PROFIBUS-FMS协议的结构是根据ISO7498国际标准,以开放式系统互联网络ISO/OSI作为参考模型的。为了提高效率,PROFIBUS-FMS仅定义了第1、2、7层和用户接口,第3~6层未加描述。这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效进行,低层接口(LLI)使用户接口易于进入第二层。
PROFIBUS-FMS协议提供的服务可以用图1描述。
2.1 物理层(Layer 1)
PROFIBUS-FMS在物理层规定了数据传输介质和数据传输格式。对于屏蔽双绞电缆的基本类型而言,PROFIBUS-FMS的层1实现对称的数据传输,符合EIA RS-485标准。一个总线段内的电缆两端各有一个终端器,传输速率从9.6Kbit/s~12Mbit/s可选,设定的波特率适用于总线段上的所有设备[1]。
RS-485总线段的两端必须装配总线终端器。总线终端器内含有一个上拉电阻和一个下拉电阻,分别与供电正电压VP和数据基准电位DGND相连。这样当总线处于空闲状态时仍能保证有一个确定的空闲电位。R S485数据传输是以半双工、异步、无间隙同步为基础的,数据的发送用不归零(NRZ)编码,每个帧字符为11位。在数据传输期间,R X D/T X D-P线(B导线)上的正电位对应于二进制“1”,RXD/TXD-N线(A导线)上的正电位对应于二进制“0”。
除了R S-4 8 5数据传输方式外,P R O F I B U S用户组织(P N O)还规定了基于P R O F I B U S-F M S的光纤传输技术。使用光纤传输能够增强系统的抗干扰性并能增加总线段的传输距离。采用带有集成转换器的专用插头,可方便地实现R S-4 8 5信号与光纤导体信号的相互转换。
2.2 数据链路层(Layer 2)
在PROFIBUS-FMS中,数据链路层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理,在数据帧的头尾分别加上标识不同应用功能的报头和报尾以组成不同类型的报文。在PROFIBUS-FMS总线段上,主站是主动节点,通过请求报文发送控制命令;从站是被动节点,响应主站的请求并发送响应报文。PROFIBUS-FMS定义的基本的报文格式与报文循环示意如图2所示。
数据链路层的报文格式提供高等级的传输安全性,所有报文均具有海明距离HD=4。基于规定的HD=4描述安全可靠的数据传输字符间无间隙,不符合规定格式的数据报文必须被再次发送。应用H D=4可以检查以下错误:字符格式错误(奇偶校验、帧错误、超限)、协议错误、错误的起始/终止定界符、错误的帧校验字节和错误的报文长度。
上层协议通过数据链路层的服务存取点(SAP)调用P R O F I B U S-F M S的数据传输服务。P R O F I B U S-F M S使用的服务包括S R D(发送和请求数据需应答)、S D N(发送数据不需应答)、SDA(发送数据需应答)和CSDR(循环地发送和请求数据需应答)服务。在PROFIBUS-F M S中,每个S A P都赋有一个定义明确的功能。其中Default SAP用于数据交换。
2.3 应用层(Layer 7)
PROFIBUS-FMS在应用层提供的服务是ISO 9506制造信息规范MMS(Manufacturing Message Service)服务项目的子集,这些服务项目在现场总线应用中已被优化,而且还增加了通信对象管理和网络管理功能。FMS服务的执行用服务序列来描述,这些服务序列包括称为服务原语的一些内部服务操作。服务原语描述请求者和应答者之间的内部操作。
PROFIBUS-FMS提供大量的应用服务以满足不同设备对通信所提出的广泛要求,如确认服务和非确认服务。其中确认服务只用于面向连接的通信关系中,服务请求者利用“请求服务原语”请求,此原语在总线上传送后,给各接收站的应用过程发送指示服务原语,而后各接收站利用应答服务原语响应;非确认服务则不存在应答服务原语。
由应用层到数据链路层服务的映射由LLI(Lower Layer Interface)来解决,其任务包括数据流控制和连接监视。LLI提供了各种类型的通信关系,通信关系具有不同的连接能力,如图3所示。
2.4 用户接口
用户接口规定了PROFIBUS-FMS设备可使用的应用功能以及各种类型的系统和设备的行为特性,即FMS行规(Profile)。行规提供了设备的互换性以保证不同厂商所生产的设备具有相同的通信功能。目前P R O F I B U S-F M S已经定义了以下行规:
(1)控制器间的通信此通信行规定义了用于可编程控制器PLC之间的FMS服务,根据控制器的类型,对每台控制器所支持的服务、参数和数据类型作了具体的规定;
(2)楼宇自动化行规此行规提供了一个特定的分支和服务,作为楼宇自动化中的公共基础。该行规对楼宇自动化系统中使用F M S进行监视、闭环和开环控制、操作控制、报警处理及系统档案管理作了描述;
(3)低压开关设备此行规是面向行业的FMS应用行规,具体说明了通过FMS在通信过程中低压开关设备的应用行为。
由于PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-DP均使用统一的传输技术和总线存取协议,因此FMS设备和DP设备能够在同一总线段上进行混合操作,两个协议也可以同时在一台设备上执行,这使得组建PROFIBUS网络更加容易。
3 PROFIBUS-FMS协议的实现
PROFIBUS-FMS协议的开放性保证了其在任何微处理器上都可以实现,但使用微处理器的串行通信接口实现总线数据传输时通信速率将受到很大的限制。使用协议芯片不仅能够加速协议的执行,而且能够提高总线模块的稳定性、减少用户自主开发时间,因此采用协议芯片开发F M S从站产品是明智的选择。
西门子公司提供SPC4协议芯片为优化的PROFIBUS-FMS从站使用。在SPC4芯片内集成有完整的FMS/DP协议,能够完整地体现FMS从站状态机制。SPC4芯片提供参数化的总线接口,可以方便地连接到8 0 C 3 2、80X86和80C165等微处理器[3],用户可与SPC4片内R A M和参数锁存器直接通信。利用S P C 4协议芯片实现的P R O F I B U S-F M S接口电路结构如图4所示。
SPC4芯片用户开发包中以源码方式提供了固态程序,该固态程序可实现在SPC4内部寄存器与应用接口之间的连接。固态程序的运行基于现场设备中的微处理器,为应用提供了简单集成化的接口。使用SPC4并不一定要使用固态程序,但由于SPC4中的寄存器是完全格式化的,使用固态程序可使用户节省自主开发的时间。
4 PROFIBUS-FMS从站程序设计
PROFIBUS-FMS从站程序主要用于FMS协议的执行和通过I/O宏接口实现主、从站间的数据交换,此外还用于从站诊断和系统的抗干扰设计。F M S从站的程序流程如图5所示。
在SPC4正常工作之前,需要进行初始化,以配置需要的寄存器,包括设置协议芯片的中断允许,写入从站识别号和地址,设置S P C 4方式寄存器,设置诊断缓冲区,参数缓冲区,配置缓冲区,地址缓冲区,初始长度,并根据以上初始值得出各个缓冲区的指针和辅助缓冲区的指针。根据传输的数据长度,确定输出缓冲区,输入缓冲区及指针。
S P C 4初始化完成后,主站与从站才能进行数据交换。主站首先发送请求诊断报文,检查从站的运行准备情况。当取得需要的请求反应后,检查是否有其他主站占用此从站。如果没有,则进行参数设置和配置检查,然后再进行诊断报文请求。当参数化或配置错误或有其它主站占用时,主站将返回初始态,重新检查从站的准备情况。当发生静态用户诊断或从站没有准备好,主站将不断进行报文请求,直到没有此种诊断信息为止。无错误信息时则进行数据的交换。
5 结束语
P R O F I B U S总线协议已成为我国机械行业的首个总线标准,在我国的市场份额迅速扩大。研究P R O F I B U S-F M S通信协议、掌握P R O F I B U S通信技术,对于开发PROFIBUS从站产品、推动我国自动化技术的发展有重要的现实意义。
参考文献
[1]唐济扬.现场总线(PROFIBUS)技术应用指南[M].中国机电一体化技术应用协会现场总线(Fieldbus)专业委员会,1998
[2]Technical Guideline of PROFIBUS-DP Extension to EN50174-Version 2.0[M].PNO,April 1998
PROFIBUS总线 篇5
PROFIBUS是过程现场总线 (Process Field Bus) 的缩写, 上世纪80年代末成为现场总线的国际标准, 目前在多种自动化领域中占主导地位, 它有着通信速度高、协议开放等特点, 应用十分广泛, 这种总线技术广泛的应用于工厂的自动化车间级监控以及现场设备的数据通信与控制, 可以实现车间级监控与现场设备之间的分散式数字控制和通讯, 为电厂自动化以及设备智能化提供了一种可行的解决方案。
发电企业水处理控制系统有其自身的特点:变量多、设备多, 控制的变量有液位、压力、差压、流量等, 控制的设备有阀门、水泵、风机等。漳山发电公司二期2×600 MW机组的水处理程控系统应用Profibus标准的现场总线方式来控制, 这种控制方式包括Profibus-DP与Profibus-PA两个类型。可编程逻辑控制器采用了西门子S7-400H。它的工艺系统主要包括:预处理及加药、多介质过滤、超滤器和加药、反渗透、阴床阳床、混床、卸药及浓水输送等七个子单元组成[1]。
1 控制系统概况[2]
漳山电厂的水处理控制系统采用PLC进行数据采集和控制, 控制系统对整个水处理流程进行集中监视、管理和顺序控制。控制系统具备统一的运行、数据管理、通信、组态和调试维护功能。系统通过集成的全局数据库, 采用过程设备管理器软件, 对Profibus-DP和Profibus-PA仪表进行参数设定、组态、监视和诊断。同时, 控制系统还提供诊断工具, 可对系统级Profibus总线中的设备进行故障诊断。
控制系统采用工业以太网与PLC通信, 组成监控管理层控制网络;数据采集及通信用Profibus-DP、Profibus-PA现场总线等方式进行, Profibus-DP、Profibus-PA网络间的转换采用DP/PA耦合器实现;现场仪表均为支持Profibus协议的智能仪表、传感器、执行器。
2 漳山发电公司水处理系统的现场总线技术应用
2.1 水处理工艺介绍
漳山电厂2×600 MW机组水处理系统工艺流程主要构成为:预处理及加药、多介质过滤、超滤器和加药、反渗透、阴床阳床、混床、卸药和浓水输送等七个子单元。如下图1所示。
2.2 控制系统的结构[3]
控制系统按照功能可划分为三个层级:管理监控层、设备控制层和现场设备层, 如图2所示。
管理监控层是现场总线控制系统的人机交互口, 负责系统组态、监控、参数设定以及报警显示、记录、故障诊断等;设备控制层由S7-400H控制器和分布在现场的Y-LINK、IM157、ET200M等通信子站构成, 利用DP端口通过屏蔽双绞线连接, 构成了冗余的Profibus总线网络;现场设备层由各种智能仪表、传感器和执行机构组成, 这些输入输出设备作为控制站的I/O通信站接入现场总线。
该网络共应用了两台冗余的数据服务器来对数据进行储存, 网络配备了一个工程师站和两台交换机, 可以实现双网通讯, PLC为西门子S7-400H, 应用了双网冗余的结构, 共包括两个西门子S7-400H主站和两台交换机, 含2个PA通讯站共49个节点, 7个DP通讯站共57个节点, 以及三个远程控制站 (包括35个DO点, 69个DI点, 9个AO点和49个AI点) 和子系统 (精处理) 。控制系统共配置了1台配电柜、1台主机柜、4个控制柜、6个通讯箱。其中, 1号控制柜子应用于SIMECODE现场总线连接 (控制泵) , 位于化学控制室, 2号、3号、4号控制柜应用于超滤与反渗透系统的控制 (I/O点为硬接线方式) , 位于生产现场, 1号至6号通讯箱主要用于现场仪表和阀岛的总线连接, 其中, 1#、2#、3#、6#通讯箱用来支持PROFIBUS-DP总线的现场设备连接, 包括:水箱液位调门、化学在线分析仪表如硅表和钠表、阀岛。4#、5#通讯箱是用来支持PROFIBUS-PA总线与现场设备的连接, 主要包括:现场所有的西门子雷达液位计、罗斯蒙特变送器, 均布置在现场。现场总线与主体设备的连接基本都采用了西门子总线三通, 当其中一台设备的通讯异常并需要检修时, 不会对总线所带的其它设备造成影响。电机则采用了总线SIMOCODE的控制方式, 可有效实现控制电机的各个参数保护, 具有数据准确, 操作方便, 系统稳定等特点;阀门控制则采用了可连接总线的阀岛, 通讯迅速而准确。
所有执行数据与仪表数据都是通过总线DP或PA网络以数字方式传送到可编程逻辑控制器 (PLC) 中, IFIX通过OPC和PLC的数据进行交换, 从而实现上位机数据显示与控制。
2.3 软件部分[4]
漳山发电公司水处理控制系统下位机应用了西门子公司STEP7系统, 上位机则应用了GE公司的IFIX系统。上位机与下位机的通讯采用OPC方式, 其中用到了SIMATIC NET和SI7驱动。电机则采用了SIMOCODE控制方式, 阀门采用了总线阀岛控制, 仪表采用了PDM软件进行设置和监视。下面简单对系统调试和维护中用到的GSD文件与PDM软件进行介绍。
2.3.1 GSD文件
GSD文件是一种用于总线设备和Profibus相匹配的驱动程序, 由于整个总线系统集成了多个厂商的设备, 所以, 为了保证控制参数能够正确匹配, 各厂商需要提供总线设备驱动程序即GSD文件才能匹配Profibus组态, 我们在进行网络配置时需要导入GSD文件。各种总线设备具有不同特性, 如诊断信息或I/O信号数量的不同以及总线参数 (如各种监控时间和波特率) 的不同。对制造商和每种设备类型来说这些参数会有一定的差异, 为了使Profibus总线能够实现简单的即插即用功能, 这些参数会在设备数据库文件 (即GSD文件) 中做出说明。GSD文件是以一种准确定义的格式来描述的, 制造商会对其每一种设备提供一个GSD文件。当配置软件组网时, 只需要把设备的GSD文件导入到相应的目录下, 就可以很方便地将此设备放在网络中。
GSD文件包括以下三个部分:
a) 总体说明:包括制造商和设备名称、软硬件版本号、支持的波特率、可能的监控时间间隔等;b) DP主设备的相关规定:包括所有只适用于DP主设备的参数, 如可连接的从设备的最多台数或加载和卸载能力等;c) 从设备的相关规定:包括与从设备有关的所有规定, 如I/O通道的数据和类型、诊断测试的规格及I/O数据一致性信息等。
GSD文件由设备制造商建立, 每一个设备类型分别需要一个GSD文件。PROFIBUS用户组织提供了GSD编辑程序, 这使得建立GSD文件非常容易。GSD编辑程序包括GSD检查程序, 它确保GSD文件符合PROFIBUS标准。
GSD文件实际上是一个可读的ASCII码文本文件, 包括通用的和与设备有关的通信技术规范。
3.3.2过程设备管理器 (SIMATIC PDM)
西门子的SIMATIC PDM是用于组态、参数分配、调试、诊断以及维护智能过程设备和自动化部件的制造商通用工具。借助于SIMATIC PDM, 我们可以仅使用一个用户接口, 通过软件程序组态大量不同制造商生产的现场设备。可以设置智能仪表的相关参数, 包括总线地址、量程、测量精度、高低限、工作环境、单位等, 并可以通过该软件进行总线设备工作状态的远方故障诊断。此外, 还可以在线监控选定的过程值、报警以及设备状态信号。
在使用PDM之前, 需要在Step7中设置一下网络的连接, 我们使用CP5613, 它是一个带有微处理器的PCI卡, 具有一个PROFIBUS接口, 仅支持DP主站。还需要一根DP线用于连接带有CP5613的PC和PLC。通过应用PDM软件的诊断信息, 可快速确定故障位置, 减少维护人员的工作量, 提高工作效率。
3现场总线技术应用于电厂水处理控制系统的优越性
漳山电厂2×600 MW机组水处理系统在应用Profibus总线控制系统后运行安全稳定。相比传统的PLC控制方式, Profibus总线技术具有以下特点:
a) 运行更加安全可靠;b) 网络拓展更灵活;c) 降低安装成本;d) 调试与维护工作量小。
4 结语
基于Profibus现场总线的电厂水处理控制系统运行稳定、维护量小, 由于现场总线控制方式结构简单, 系统数字化程度、仪表智能化程度高, 故障率低, 减少了维护量和维护费用, 取得了很好的经济效益和良好的社会效益。
摘要：现场总线技术作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通信网络, 是新一代分布式控制系统的核心技术, 在电力行业内, 特别是在火电厂自动控制领域中具有广阔的前景。主要介绍了PROFIBUS现场总线在电厂水处理系统中的实际应用。重点对电厂水处理系统的总线网络结构与配置进行了说明。同时, 也对应用后的结果进行了讨论。
关键词：PROFIBUS,现场总线,水处理
参考文献
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[2]凌志浩.现场总线与以太网[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[3]斯可克, 黄德敏.现场总线应用疑难解答[M].北京:中国电力出版社, 2006.
PROFIBUS总线 篇6
PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一, 以其独特的技术特点、严格的认证、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规, 已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。在国内, PROFIBUS现场总线技术在电厂中的应用也已非常广泛, 这主要是由于目前国内使用的西门子、艾默生、和利时等知名厂家的DCS系统均支持PROFIBUS总线通讯[1,2], 但是在发电厂厂用电系统中, PROFIBUS的应用还很有限, 国内支持的该现场总线的厂家也不多, 本文将重点讨论PROFIBUS技术在发电厂厂用电监控管理系统 (ECMS) 中的应用, 以及采用PROFIBUS技术的新型ECMS系统结构。
一、PROFIBUS技术介绍
PROFIBUS现场总线是一种国际性开放式的现场总线, 它是德国国家标准DIN19245和欧洲标准, 还是IEC标准。PROFIBUS是目前欧洲应用最广泛的开放式现场总线技术, 广泛应用于制造业自动化、过程自动化、电力、楼宇、铁路交通等领域。
PROFIBUS由相互兼容的三个部分组成, 即PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA[3]。在ECMS系统中, 一般使用PROFIBUS-DP协议, 因此这里重点介绍PROFIBUS-DP协议。
1.1PROFIBUS-DP。PROFIBUS-DP是一种高速且优化的通信方案, 主要用于实现现场级控制与分布式I/O及其他现场级设备之间的通信, 通讯速率9.6kbit/s~12Mbit/s。PROFIBUS-DP可以连接远程I/O、执行机构、智能马达控制器、人机界面HMI、阀门、定位器、变频器等智能设备, 一条PROFIBUS-DP网络可以最多连接126个设备。PROFIBUS-DP的拓扑结构可以是总线型、星型和树型, 通讯介质包括屏蔽双绞线、光纤和无线, 也支持红外传输, 采用双绞线时, 不加中继器最远通讯距离可达1.2km, 最多可以采用9个中继器, 最远通讯距离可达9km。采用光纤时, 最远通讯距离可达100km以上, 其中采用多膜光纤, 两点间最远距离可达3km, 采用单膜光纤时, 两点间最远距离可达13km。
1.2PROFIBUS-DP协议版本。PROFIBUS-DP具有三个功能版本V0、V1和V2, DP各版本向下保持兼容[4]。
V0版本实现了PROFIBUS-DP的基本功能, DP主站和DP从站采用周期性数据交互。V1版本是在V0版本基础上增加了非周期性报文读写功能和设备相关的报警、用户可定义的诊断功能及2类主站的访问功能。V2版本则扩展了V1原有的功能定义, 增加了许多与时间同步和数据直接交换相关的定义, 主要有5个方面:等时同步模式、数据交换广播发送、上下载数据、时间同步、冗余。
1.3PROFIBUS的集成技术。PROFIBUS设备集成到控制系统中主要采用三种方式[5]:
1) GSD:即电子设备数据库文件, 为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起, 制造厂家必须提供GSD文件, 描述产品的功能参数。PROFIBUS组态工具可根据厂商提供的GSD文件将其设备集成在同一总线系统中。
2) EDDL:即电子设备描述语言, 是一种用来描述智能设备的数字通讯特性和设备参数的基于文本语言, 这些参数包括开放性系统和人机界面等中性环境中设备状态、诊断参数和配置细节等。
3) FDT/DTM:即现场设备工具/设备类型管理器, FDT是现场设备与控制系统或工程和资产管理工具之间进行数据交换的一种标准化的接口规范。通过FDT, 可以方便地借助任何提供该接口的上位系统对智能设备进行访问和配置, 所有的设置和通信信息在设备类型管理 (DTM) 程序中进行。设备DTM和通讯DTM由供应商提供。DTM在FDT框架应用程序中运行。
二、基于PROFIBUS的ECMS系统
目前, 发电厂电气监控管理系统 (ECMS) 已经在发电厂得到极大的推广, 它根据高低压厂用电系统所采用的保护测控装置及智能装置的情况, 先将主厂房所有需远方监控的电气设备全部纳入到ECMS中, 再与DCS交互一些机组重要信息[6,7,8]。这种ECMS模式相对于硬接线模式而言, 增强了电气设备的信息量采集处理能力, 但是由于系统受传统通信介质、通信规约等方面的限制, 对于整个厂用电系统很多需要多元件多变量共同作用的大型机组控制保护功能仍然难于得到大的改善。总体而言, 这种常规ECMS模式通信能力还是比较弱、监控的信息仍然有限, 难以满足DCS对于厂用电系统快速、实时、可靠的信息要求。
鉴于目前国内使用最多的几大DCS系统均可以支持PROFIBUS通讯, 如果厂用电保护测控装置也能提供PROFIBUS通讯, 则可以将保护测控装置和原先DCS系统的智能控制器一样对待, 通过PROFIBUS总线接入DCS系统, 直接接受DCS控制, 则完全可以满足DCS系统对于可靠性和实时性的要求。
保护测控装置直接接入DCS系统, 和DCS通过Profi Bus进行通讯, 则可以完全取消原先的硬接线, 包括4~20m A输出、位置信号、装置故障、分合闸操作。因此对于电厂来说, 节省了投资, 简化了现场布线, 提高了自动化水平, 对其是有利的, 也是乐于接受的。
保护测控装置直接接入DCS系统, 电厂DCS数据量会增大, 特别是厂用电电源部分也进入DCS, 电厂的运行人员认为这样可能会对原先的DCS系统造成影响, 并且认为电源部分不应该进入DCS系统, DCS只关心工艺电动机部分。基于这种情况, 提出了两种新型的ECMS系统模式:独立模式和完全模式。
2.1独立模式的ECMS系统。所谓独立模式, 是指厂用电系统和DCS系统基本上是相互独立的, 两个系统分别负责电源部分回路和工艺电动机回路, 相互之间不联系, 仅在站控层有网关互联。独立模式的系统结构如图1所示。
在独立模式下, ECMS系统负责厂用电电源部分回路 (变压器、馈线) , 实现对电源部分回路的监测和控制。电源部分回路的10k V/6k V和400V保护装置提供2路PROFIBUS总线接口组成双网和通信层通讯管理机连接, 通信管理机通过以太网和站控层连接, 组成ECMS系统。工艺电动机回路不进入ECMS系统, 而直接由DCS系统对工艺电动机回路进行直接控制, 工艺电动机回路的10k V/6k V和400V保护测控装置提供2路PROFIBUS总线接口组成双网和DCS的DPU直接连接, 接入DCS系统。
在ECMS系统部分, 通讯管理机利用DPV0轮询保护测控装置的实时数据, 包括:模拟量、开入开出状态、保护元件, 以及实现开关控制功能;通讯管理机也可利用DPV1非周期性数据读写实现定值管理、SOE报告查询、录波等功能;利用DPV2则可实现高精度的时间同步功能。
在DCS系统部分, DCS控制指令能在DPU扫查周期内通过PROFIBUS总线即时到达保护测控装置 (通讯速率现场可使用1.5Mbps) , 保护测控装置能够在10ms内响应此命令并控制装置继电器出口对电动机回路开关进行分合控制, 并采集开关状态返回DPU至DCS系统。
在独立模式下, 工艺电动机回路保护测控装置直接接入DCS系统的DPU, 不和厂用电系统进行数据交换。由于DCS偏重于控制功能, 缺少ECMS系统的监测管理功能, 导致工艺电动机部分监测和管理功能偏弱。为弥补此功能, 考虑将工艺电动机回路纳入ECMS系统, 这样, 就提出了完全模式。
2.2完全模式的ECMS系统。所谓完全模式, 是指工艺电动机回路保护测控装置既接入DCS系统又接入ECMS系统。在此模式下, 工艺电动机回路保护测控装置除提供2路Profi Bus总线接口接入DPU外, 再提供另外1路现场总线接口 (如CAN、RS-485) 和ECMS系统通讯管理机相连, 从而将工艺电动机回路保护测控装置的监测管理功能纳入到ECMS系统, 实现工艺电动机回路保护测控装置的监测和管理功能。完全模式的系统结构如图2所示。
独立模式和完全模式的区别就在于工艺电动机部分的保护测控装置是只接入DCS系统, 还是既接入DCS系统又接入ECMS系统。
三、基于PROFIBUS的设备管理功能
EDDL和FDT是目前较为流行的两种现场总线系统集成技术, 利用该技术, 可以实现在一种集成的平台下对各种智能设备进行调试、组态、诊断和统一的管理, 从而实现设备管理功能。PROFIBUS现场总线对这两种技术均支持, EDDL和FDT各有其优缺点, 在自动化系统中可根据需要选择采用哪种技术。
特别是对于DCS系统, 其一般偏重于控制功能, 对智能设备的监视和管理功能则较弱, 此时可以利用EDDL或FDL技术来弥补。目前国内各大主流的DCS系统均已无缝集成了基于EDDL或FDT技术的设备管理软件, 包括艾默生的AMS Suite、西门子的PDM、和利时的HAMS等。利用这些设备管理软件, 可以对厂用电系统的保护测控装置进行定值查询和修改、SOE报告查询、实时遥测遥信遥脉等数据的监视、甚至是录波分析的功能, 进一步完善了DCS系统的功能, 从而满足了发电厂自动化水平向更高层次发展的需求。
进一步来说, 如果充分利用了基于PROFIBUS的设备管理功能, 我们甚至可以把DCS系统和ECMS系统进行合并, 全部厂用电装置均通过DPU直接接入DCS系统进行控制, 而各智能设备的监视和管理则通过基于EDDL或FDT技术的设备管理软件来实现。
四、新型ECMS系统工程实践
这种基于PROFIBUS技术的新型ECMS系统方案已在多个电厂成功实施, 并且多个新建电厂也正在考虑或确定使用该方案。下面就几个典型工程进行简单介绍。
4.1华能陕西秦岭电厂#7、#8号机。华能陕西秦岭发电有限公司位于陕西省华阴市罗敷工业园区, 是中国华能集团公司的全资企业。该厂1-6号机组已于早年投产, 本次扩建的7、8号机为2×600MW超临界凝汽式燃机间接空冷脱硫脱硝火电机组, DCS采用的是西安热工院的FCS165控制系统, ECMS系统采用金智科技公司的DCAP-4000监控管理系统。6KV和400V综保装置均采用双PROFIBUS通讯, 其中6KV和400V PC段的综保装置通过ECM5908通讯管理机接入ECMS系统, 400V MCC段综保装置则通过PROFIBUS双网直接接入DCS系统。
在该工程中, 由于项目实施较早 (2011年) , 业主和设计院对于6k V装置直接通过PROFIBUS通讯控制还不是很放心, 因此依然保留了部分硬接线用以控制6k V的工艺电动机;而400V的MCC段则直接是以PROFIBUS接入DCS系统, 其控制也是采用全通讯方式, 完全取消了硬接线。由此可见, 该方案与上文提到了“独立模式”还有一定的区别, 主要就是6k V工艺电动机并未通过PROFIBUS接入DCS, 尽管如此, 也是PROFIBUS在ECMS系统中应用的一次有益尝试, 为新ECMS系统结构的推广提供了宝贵的经验。
4.2海南金海浆纸业自备电厂。本项目是海南省“金海浆纸业”公司自备电厂和变电站的一个扩建、改造的项目, 该厂共有6×150MW自备发电机组, 及相应的变电设备, 供全厂生产用电。同时也有2条220k V的进线, 从海南省电网取电。
该项目的ECMS系统实施方案即完全采用“独立模式”, 6k V和400V电源部分通过双PROFIBUS接入ECMS系统, 由ECMS系统通过PROFIBUS通讯进行监测和控制;6k V和400V的工艺电动机部分则通过双PROFIBUS直接接入DCS系统, 与ECMS系统之间无通讯连接。该项目自投运以来, 系统运行稳定良好, 实现了此前设计的各相关技术。
4.3广东粤电茂名博贺电厂一期。广东粤电茂名博贺电厂预计建设容量为4×1000MW燃煤发电机组, 并留有再扩建4×1000MW机组的余地。该工程建成后将成为广东省电力系统中大型主力电厂, 对满足广东省电力需求发展需要, 缓解供电紧张形势, 加快广东电源结构调整, 提高电力系统综合经济性能, 促进茂名乃至整个粤西地区经济发展, 都将起着重要的作用。
电厂一期建设2×1000MW超超临界燃煤汽轮发电机组, 目前处于施工阶段, #1号机组及#2号机组预计将分别在2015年11月和2016年3月投入商业运行。
目前该工程ECMS系统方案即确定使用“完全模式”, DCS系统由和利时提供, ECMS选用的是北京四方的系统;6k V保护选用的是金智科技的WDZ-5200系列装置, 装置提供3路现场总线接口, 包括2路PROFIBUS通讯和1路RS-485通讯;400V装置选用的也是金智科技的LPC-3500系列装置, 装置提供2路PROFIBUS通讯。系统中, 6k V保护测控装置通过2路PROFIBUS-DP总线接入DCS的DPU, 组成双网, 此外还通过1路RS-485总线经过通讯管理机接入ECMS系统;400V装置则不接入ECMS系统, 全部通过PROFIBUS-DP总线双网直接接入DCS的DPU。
由此系统结构可知, ECMS的功能已经被大大削弱了, 其完全不具备设备的控制功能, 只是实现了厂用电部分6k V设备的监测和管理功能。全部厂用电设备, 包括6k V和400V的电源以及工艺电动机部分均被纳入DCS系统进行基于PROFIBUS-DP双网的直接控制。此外, DCS系统还配置了无缝集成的HAMS设备管理软件, 该软件基于FDT/DTM技术, 用以管理各PROFIBUS总线设备, 可以实现设备的实时状态查看、定值管理、报告查询等功能。
在茂名博贺电厂的系统方案中, ECMS的功能被大大弱化, 与此相反, DCS的功能则得到了进一步的加强, 相信, 随着该工程的成功实施, 一定会对电厂自动化系统的发展起到一定的指导性作用。
五、结语
采用新型的基于PROFIBUS的ECMS系统结构, 和常规的ECMS系统相比, 提高了DCS对厂用电设备控制的实时性和可靠性, 整体提高电厂控制保护水平, 并具有较大的经济和技术优势。随着这种方案在多个电厂的成功实施, 其优势也逐渐被用户所认可, 有理由相信这种新型的ECMS系统模式也是电厂自动化系统的发展方向之一。
参考文献
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PROFIBUS总线 篇7
现场总线PROFIBUS是工业通信系统, 它是使用一类传输介质 (如具有位串传输的铜缆、光纤或无线等) , 用比特串传输, 将分散的现场设备 (如传感器、执行机构、驱动器、变送器及各种现场仪表等) 连接到中央控制或管理系统。作为一种先进的数据传输技术, 因其通信速率快、系统安全、价格低廉等特点, 已被广泛的应用到烟草行业许多烟厂, 它确实实现了工艺控制由结果控制向过程控制的转变, 由控制指标向控制参数转变;由人工控制经验决策向自动控制科学决策转变, 提高了自动化过程生产力和灵活性, 但由于工业现场的恶劣环境, 如温差、湿度变化大 (使用蒸汽及无空调环境) 、粉尘多、电磁干扰强等因素及使用一段时间后设备出现的老化现象, 严重影响到PROFIBUS现场总线系统的稳定性, 从而影响数据的可靠传输, 这将会造成设备的突然停机, 影响生产安全和产品质量。本文根据实际生产过程中经常遇到的一些影响PROFIBUS现场总线不稳定的因素和可能引起不稳定现象的因素, 从四个方面提出了一些切实可行的对策措施, 供致力于现场总线技术的人员探讨。
1 网络的电气干扰
实际生产现场造成电气干扰的原因很多, 如变频器的干扰, 地线接触不良, 交流电源的信号干扰, 设备振动的干扰等。
提高抗干扰能力的对策措施:
1.1 对因设计安装在现场I/O柜内的变频器可考虑把变频器移
到I/O柜外, 对因变频器到电机没有采用屏蔽电缆线的可考虑更换为屏蔽电缆线, 以减少变频器对网络的干扰。
1.2 在接地网线达到规范的前提下, 应确保PROFIBUS电缆的
屏蔽层在每个站点都可靠接地, 在两端的接地应使用尽可能大面积的屏蔽压板, 以保证地对大地的良好导电性。
1.3 应避免数据线与所用电力电缆敷设在同一桥架内, 尽量避
免其它电缆与现场总线电缆敷设在同一线槽内, 并尽可能保持一定的距离, 如不可避免时, 可考虑把这些电缆套上带金属屏蔽的绝缘套管。
1.4 应尽可能避免网络设备安装在振动的设备上或其附近区域, 以减少设备振动干扰带来的网络设备和其元器件工作的不稳定。
1.5 利用网络中继器可以抗干扰隔离的功能, 可在适当位置增加网络中继器, 从而提高网络抗干扰的能力。
2 元器件的不稳定性
元器件的不稳定性分为本身网络元器件不稳定和网段中其它一些现场设备的元器件不稳定。
元器件不稳定性的对策措施:
2.1 应确保本身网络元器件工作的稳定性, 首先应选用接线、运
行可靠的总线电缆、总线电缆连接器、网络中继器及通讯模块等网络元器件, 其次在安装、维护网络元器件时, 应严格按照《可编程序控制器硬件和安装手册》中的要求, 使用专用工具仔细、认真的规范安装接线, 最后应定期检查网络元器件接线的可靠性及网络连接器终端电阻设置的可靠性, 及时更换稳定性差的网络元器件。
2.2 对现场设备的元器件不稳定性应通过一些网络诊断工具及
时发现和更换, 如同一网段中的变频器、水份仪、流量计、电子皮带秤等现场设备的通讯网卡或通讯模块运行不稳定, 以及由于这些设备本身的电源部分元器件而引起的自身通讯网卡或通讯模块运行的不稳定, 就很容易造成这一网段总线系统的不稳定。如生产现场中使用的高比公司828水份仪, 当其5V电源低于4.7V时, 就会引起其通讯网卡工作不稳定。因此应经常检查现场设备这些元器件工作的稳定运行情况。
3 设备出现的老化
当总线系统设备使用一段时间后, 都会出现程度不同的老化现象, 造成设备绝缘性能的降低, 因此就有可能会降低其抗干扰的能力和传输信号的能力, 进而影响到PROFIBUS现场总线系统的稳定性。
设备出现老化后的对策措施:
3.1 如条件许可, 应尽可能更换老化较严重的设备。
3.2 如网络传输速率的设置可以降低, 同时又不影响网络的信
号传输, 可将网络的传输速率改低一级, 从而提高网络抗干扰的能力。修改时, 应将该网段所有节点设备的传输速率改为同一速率。
3.3 利用网络中继器可以放大信号和抗干扰隔离的功能, 可在
适当位置增加网络中继器, 从而提高网络抗干扰的能力和传输信号的能力。
3.4 利用网络中继器网络拓扑的功能, 可以通过改变总线电缆
的接法, 来改变网络的总线结构, 如可以利用网络中继器把总线结构改为“树形”或“星形”结构, 尽量把不参与过程控制的一些现场设备放在一个分支的网段内, 从而提高该网段总线的稳定性。
3.5 如条件许可, 可以通过改变总线电缆的走向, 尽量缩短节点之间的距离, 来提高网络抗干扰的能力和传输信号的能力。
4 周围的环境影响
许多网络电器设备元器件如可编程序控制器、变频器等对环境 (湿度、温度、海拔、灰尘等) 都有具体的要求, 但由于工业现场的恶劣环境, 象一些没有恒温恒湿环境的场所, 到夏季时环境温度高、在南方当天气潮湿时或使用蒸汽的场所, 环境湿度就大、以及烟厂主要车间普遍都是粉尘多的环境, 这些都是影响网络设备工作稳定性的重要因素。
环境因素的对策措施:
4.1 应确保网络电器设备及其电控柜的清洁卫生, 定期保养和检查。
4.2 对一些有变频器, 电机驱动器等发热量大的元器件所在的电控柜, 可考虑安装排风扇或制冷空调, 来改善电控柜内的温度。
4.3 对周围环境较潮湿的网络电器设备, 可采取一些防潮措施,
如在元器件表面或接线处喷防水制剂, 以及在电器设备表面做一些密封处理等, 确保这些电器设备工作的稳定性。
5 结束语
PROFIBUS现场总线在烟厂的实际应用中, 其稳定性对安全生产和产品质量非常重要, 影响其不稳定的因素有很多。不稳定因素除产品自身的原因外, 潜伏在设计、安装、调试、维护等过程中, 因此要提高PROFIBUS现场总线的可靠性, 应多方配合, 及早发现和处理可能影响因素的每一个环节, 采取切实可行的预防措施, 才能完善解决问题, 有效地增强现场总线的可靠性。
摘要：本文根据实际生产过程中经常遇到的一些影响PROFIBUS现场总线不稳定的因素和可能引起不稳定现象的因素, 从四个方面提出了一些切实可行的对策措施, 供致力于现场总线技术的人员探讨。
关键词：现场总线,通讯,稳定,对策
参考文献
[1]崔坚.西门子工业网络通信指南.北京:机械工业出版社, 2008.
[2]斯可克.现场总线应用疑难解答.北京:中国电力出版社, 2006.