PROFIBUS现场总线技术及其在电力行业中的应用.docx

PROFIBUS现场总线技术及其在电力行业中的应用PROFIBUS现场总线技术及其在电力行业中的应用ronggang导语：现场总线是用于经过自动化和制造自动化，连接传感器、控制器和执行器等现场设备的一种全数字化、全分散化、智能、双向、多变量、多站的通讯系统一、引言20世纪中期，我国引进了一批先进的大型火电机组，同时也把分散控制系统和PLC引进了中国。一般在汽机、锅炉应用DCS，在电厂辅助系统中使用PLC控制。近年来，随着网络技术的开展，现场总线的概念越来越多的应用到各种领域。一个新的名词-FCSFIELDBUSCONTROLSYSTEM已深化到各种经过控制领域，而且在国外的电厂已开场广泛应用。使用现场总线技术，可以减少用于连接分散的I/O设备的电缆，可以减少用于连接仪表的电缆并增加可靠性，因此可以大量的节省机械安装、连接和布线的本钱、并增加了系统的可靠性。二、现场总线技术2.1现场总线的概念现场总线是用于经过自动化和制造自动化，连接传感器、控制器和执行器等现场设备的一种全数字化、全分散化、智能、双向、多变量、多站的通讯系统。现场总线的特点:可靠性高，稳定性好，抗干扰才能强，通讯速率快，系统平安，符合环境保护要求、价格低、维护本钱低。传统的4-20mA信号连接，信息量有限，严重制约了企业信息集成和企业综合自动化的实现。现场总线技术把孤立的现场级设备带进了企业信息网络中。2.2Profibus技术介绍当前现场总线的标准很多，如Profibus、FF、Lonworks、WorldFIP等，目前的现场总线技术正趋于统一，国际电工委员会制定了IEC61158的国际标准。Profibus是德国于90年代初制订的国家工业现场总线协议标准，代号DTN19245，目前是IEC61158国际标准中的Type3局部。如今它成为不依靠于设备消费商、开放的、国际化的现场总线标准之一。广泛应用于制造自动化、流程工业自动化、楼宇、交通、电力等领域的自动化控制系统中。Profibus网络协议也是以ISO的OSI七层参考模型为根底，对第三层到第六层进展了简化。TEC61158中Type3的第一局部定义了Profibus的物量层和链路层协议，其技术指标如下:物理接口标准：EIARS-485网络接口：sub-D9芯插头网络拓扑：线性总线两端加终端电阻存取方式:链路层采用混合介质存取方式，主站间按令牌环方式，主站和从站间按主从方式工作。站点数:主从站最多127个，每段最多32站，段间采用中继器连接。电缆:屏敝双绞线截面>0.22mm2，阻抗120传输波特率：9.6k-l2M传输间隔:1200m以下，与传输波特率成反比，可用Repeater中继器增加传输间隔。TEC61158中Type3的第二局部定义了应用层协义，称为FMS。FMS提供强有力的通讯功能。TEC61158中Type3的第三局部定义了DP协议，用于传感器和执行器级的高速数据传输:其传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。TEC61158中Type3的第四局部为PA协议，用于平安性较高的场合，设备行规定义了设备自有的功能，设备描绘语言及功能块允许对设备进展完全的内部操纵。IEC61158中Type3的第一局部分别与第二、第三、第四局部构成了Profibus的三个兼容局部，即:Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA,分别应用于不同的场合。图1为Profibus通讯协议的构造示意PROFIBUS总线具有下面特点:1.用一根串行的数字总线替换传统的并行24V信号和42OmA模拟信号2.通过一根双芯屏蔽电缆连接中央控制器和现场设备3.同样适用于防爆环境和有平安要求的应用:一个系统合适于不同的应用4.数据和电源通过同一根电缆传输PA5.对于所有的设备，只需要一个通用的组态和工程工具6.连接不同厂商的设备7.开放的、不依靠于厂商的现场总线，并符合IEC61158国际标准Type3三、Profibus系统在循环流化床锅炉控制系统的应用方案在下面的阐述中，我们将以电厂循环流化床锅炉机组控制系统为例，介绍一下现场总线技术在电厂的应用。电厂控制分成:经过控制系统和辅机控制系统主机控制系统:·数据收集DAS·模拟量控制MCS·发电机-变压器组和厂用电源系统顺序控制SCSG/A·锅炉炉膛平安监控系统FSSS·汽轮机电液控制系统DEH·辅机控制系统:·输煤程控:·化学水处理:·除尘除灰:·脱硫系统:近年来，循环流化床锅炉在国内外都得到了广泛的应用，其高效、节能、环保等优点是众所周知的3.1系统构成控制系统选用了西门子公司的经过控制系统。采用西门子工控机，配有STEP7V5.2编程软件，WinCC6.0监控软件为上位机监控系统。下位机监控系统组成:两套西门子PLCCPU417-2DP,四个ET2OOM工作站。以PROFI-BUS-DP和PROFIBUS-PA作为其现场总线，CP连接的以支持Profibus协议的PROFIBUS作为系统总线。3.2监控系统:监控系统由一个操纵员站和一个工程师站组成。操纵员站主要完成与下位机的数据交换数据收集，显示各种已组态好的系统流程画面、参数显示画面、控制画面、趋势曲线、报警画面，报表打印及控制参数设置等功能。使操纵员可以及时的理解整个锅炉的运行情况，并采用有效的控制，以保证消费稳定运行。工程师站主要完成整个监控系统的运行组态，监控数据库组态及显示，各种显示及控制画面的组态，报警组态，事件纪录及显示和实事及历史趋势显示。3.3控制方案讲明在控制方案中床温及锅炉负荷采用模糊控制;锅炉液位、过热蒸汽温度，炉膛压力、料床高度、除氧压力、除氧器液位都采用了传统的PID调节回路。在WINCC中建立模糊控制规那么输入表。通太多变量模糊控制设计工具，并且在WinCC画面中编辑了脱硫配方的计算及锅炉效率，水、煤、气、电等参数累计及瞬时的显示。WINCC中建立模糊控制规那么输入表建立连接，即可将模糊控制规那么下载到PLC中去。规那么控制表可根据锅炉的实际工作情况进展适时修改。由于西门子冗余系统采用了时间同步的专利技术，可以保证以最快的速度进展主从切换，而且其现场总线网络也采用了冗余的PROFIBUS技术，保证了系统的可靠性。对于仪表总线可采Y-LINK连接到ProfibusPA仪表上。系统经过控制级的硬件构造如图2所示。在这个系统中，充分表达了西门子新一代经过控制系统的上风。使用的组态软件是西门子的STEP75.2，由于其友好的用户功能，标准化的PLC编程语言，构造化的编程思想，优良的测试功能，用户带来了很大的方便。利用其集成的标准PID控制软件包，能很好的实现传统的PID调节。利用模糊控制软件包可建立模糊系统。模糊控制可用于自动化的所有层次，从单独的控制器到整个系统的优化。将模糊控制与经典的PID控制器相结合，可以到达最优的控制目的。对于系统的监视和控制，西门子的WlNCC6.0，它是在PC根底上的全面开放的新一代的人机界面监控系统。WINCC提供成熟可靠的操纵，无论简单、复杂任务，都能有效的组合，恰当的处理。四、完毕语Profibus技术从2000年开场已成功应用于辅机程控中，十分是在四川厂安电厂辅机控制系统中，现场设备的控制全部采用了Profibus技术，得到了用户的高度评价。尤其是与传统集中控制比拟，从系统设计、安装调试、维护及扩展上，现场总线技术的上风特别明显，为实现无人值守的自动化远程监控提供了技术装备根底。