PROFIBUS现场总线在电厂的应用_杜相如

山西电子技术2013年第5期
应用实践
收稿日期:2013－07－31
作者简介:杜相如(1975-)，女，山西太原人，讲师，硕士，研究方向:电气自动化技术。

文章编号：1674-4578（2013）05-0042-02
PROFIBUS 现场总线在电厂的应用
杜相如
(山西工程职业技术学院电气工程系，山西太原030009)
摘
要：现场总线控制已成为一种成熟的控制，应用现场总线技术是企业信息集成化的需要。

基于此，简要介
绍了现场总线和PROFIBUS 现场总线的特点，给出了将现场总线应用在某电厂闭冷水系统中的配置方案，并进行
了分析说明。

关键词：现场总线;电厂;应用中图分类号：TP29文献标识码：A
0引言
现场总线（FCS ）技术作为一种新型技术，对工业发展起
着非常重要的作用，已经广泛应用于化工、冶金、石油等行业。

在电力行业中，作为连接生产现场显示仪表、控制设备、
变频器等自动化装置的通信网络，FCS 在设计、安装、投运等方面具很大的优越性，在电厂自动控制领域中具有广阔前景。

FCS 控制系统比常规传统DCS （分散控制系统）系统更好地体现了
“信息集中，控制分散"的思想。

它具有非常突出的特点，
即开放性、数字化、双向通信、多站点、互操作性、智能化等；采用现场总线技术后，使控制系统从设计、安装、
运行到检修维护，都具有优越性；现场总线技术不仅仅节省了电缆、桥架等工程量，还能给电厂带来信息化的好处，现场总线型智能设备可以将大量现场信息送至电厂管理信息网，
实现电厂综合自动化，同时使电厂在其生命周期内的投资大
大低于常规DCS 或PLC ，
具有长期的综合经济效益［1］。

可以说，
建设现代化的数字电厂离不开现场总线技术。

1PROFIBUS 生产过程现场总线介绍
目前应用比较广泛的FCS 技术主要有P —NET 、
PROFI-BUS 、FF 。

PROFIBUS 现场总线技术是由西门子公司等13家
企业和5家研究机构在德国联合开发，
于1996年成为欧洲标准EN50170、
1999年成为国际电工委员会的现场总线国际标准IEC61158的组成部分；PROFIBUS 只采用了OSI 模型的物理层、数据链路层、应用层；支持纯主方式、主从方式、多主
多从的通信方式［2］。

包括PROFIBUS —DP 、
PROFIBUS —FMS 、PROFIBUS —PA 三个兼容部分，其特点和应用范围见
表1。

表1
PROFIBUS －DP 、PROFIBUS －FMS 、PROFIBUS －PA 的特点和应用范围
PROFIBUS －DP
PROFIBUS －PA
PROFIBUS －FMS
具有高速的通信连接，是通信速率最快的总线，最高通信速率可达12M 。

主要使用于工厂自动控制系统以及设备级分散I /O 之间通信设计。

使用PROFIBUS －DP 模块可取代价格昂贵的24V 或0 20mA 并行信号线，用于分布式控制系统数据传输。

过程通信总线。

具有PROFIBUS －DP 测量值和状态传输的基本功能，以及对现场装置进行参数设置和操作的PROFIBUS －DP 扩展功能。

适用于过程控制自动化设计，标准的本征安全的传输技术，实现了IEC1158－2中规定的通信规程，用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的站点。

解决车间级通用性通信任务，提高大量的通信服务，
完成中等传输速度的循环和非循环通信任务，用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、可编程程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制。

2PROFIBUS 现场总线在电厂闭冷水系统应用实例
2．1
系统介绍
某电厂单元机组采用西门子公司生产的SPPA －T3000
型DCS （分散控制系统）系统。

西门子SPPA －T3000系统的总线为工业以太总线网，采用虚拟环技术，实现冗余容错，其通讯速度为100Mb /s ；最大子站数量无限制，总长最大为150km ；通讯总线由若干个光纤交换机模块OSM （Optical Switch Module ）组成；OSM 模件为光缆总线接口总站，
带有自己的电源；通过OSM 模件，SP-PA －T3000系统的各成员以星型结构连接在一起；每个
OSM 模件所连接的节点数量不超过6个；2台机组公用系统另外设置与单元机组独立的冗余高速数据通讯网络
［3］。

对于闭冷水系统，其设备分布较广，就地的控制相对简单，适于发挥现场总线系统的优点。

因此，在闭冷水系统的控制中应用了现场总线方案，DCS 系统中的一些子系统以FCS 来取代。

所控制设备包括系统中的冷却水热交换器进口阀，闭式泵进、出口门，冷却水的热交换器出口调节门，滤水器的进口电动门。

监控信号包括有热交换器出口压力，泵出口母管压力等。

共包括10个电动门，
1个气动调节阀，6个变送器。

闭冷水系统中采用了PROFIBUS －DP 和PROFI-
BUS －PA 两类现场总线。

PROFIBUS 配置如图1（图中①为
PROFIBUS －DP 总线，②为PROFIBUS －PA 总线）：
图1电厂闭冷水系统PROFIBUS 配置图
在这项工程的闭冷水系统中使用了适合于现场层高速
传送数据执行机构的PROFIBUS －DP 总线控制，通过PRO-FIBUS 现场总线方式接入DCS 系统闭冷水系统。

由于要实现测量值和状态传输，接入DCS 系统的变送器的信号采用支持PROFIBUS PA 现场总线的智能变送器，选用支持PROFI-BUS PA 现场总线的气动执行机构接入。

电动门也选用支持冗余PROFIBUS 的现场总线执行机构接入。

挂接在现场总
线上的所有变送器都由总线供电，
总线链路接口和总线电源均为冗余配置，执行机构也连接在冗余总线上。

通过电子设备间DCS 控制器中的PROFIBUS 通讯处理器连接PROFIBUS 现场设备，因为距离较远，所以采用光纤电缆，光电转换设备使用OLM （光纤链接模块），并注意屏蔽问题。

具有冗余的PROFIBUS 接口的电动执行机构（例如SIPOS 5）直接接到冗余PROFIBUS 总线上。

所有的气动执行机构以及变送器均支持PROFIBUS PA 协议，可以通过DP /PA －LINK 挂接在冗余的PROFIBUS 现场总线上。

就地安装有现场总线就地控制箱，在其中装有DP /PA －LINK 、
OLM 以及用于为OLM 、
DP /PA －LINK 等现场设备供电的24V 开关电源。

2．2
系统应用
由于在DCS 子系统使用了FCS 技术，总线的通讯网络
可靠性很重要，
所以我们看到从网络组件到控制器全部为冗余配置，这样就可以保证网络的高可用性，使用过程中的可
靠程度大大提高。

此外为了能对网络的工作状况进行诊
断和监视，还必须配置针对PROFIBUS 网络的专用诊断设备和软件。

本系统使用了SIMATIC PDM （过程设备管理器）设备管理和故障诊断软件，
对现场所有设备进行管理。

通过此软件，可以对PROFIBUS 现场总线上的所有智能设备进行在线诊断，在线监视，修改参数，还可以根据设备运行时间和起
停次数对设备进行维护，
提升了电厂运行和信息化管理水平。

在应用时要注意循环时间参数的设置，
以保证数据能够正常监视。

另外，
在实际进行安装时，还要注意电缆的屏蔽接地，避免干扰，以保证DCS 正常操作设备。

3结论
通过PROFIBUS 现场总线在电厂闭冷水系统中的应用，
笔者认为，可以在原有的DCS 中以FCS 取代某些子系统，所有的现场设备都具有数字通讯接口，控制指令和现场设备的状态信息都通过现场总线进行传输，能实现现场级设备的数字化、网络化，可大幅度减小施工安装工作量和系统调试、检修及维护工作量，现场总线控制系统的使用必将大大提高发电企业的管理效率并具有长期的经济效益。

参考文献
［1］郑慧莉．电厂迈入现场总线新时代［J ］．仪器仪表用户，
2013(1):5－8．［2］于浩洋．profibus 现场总线概述［J ］．自动化与仪表，
2002(2):1－21．［3］张澎涛，周鹏，张秉权，等．西门子SPPAT －3000DCS 系统
的应用与优化［
J ］．内蒙古电力技术，2008(4):70－73．Application of PROFIBUS Fieldbus in Power Plant
Du Xiangru
（Department of Electrical Engineering ，Shanxi Engineering Vocational College ，Taiyuan Shanxi 030009，China ）
Abstract ：As a mature control technology ，the application of fieldbus control is the need for the enterprise information integration．This paper introduces the characteristics of fieldbus and PROFIBUS fieldbus ，also the application of fieldbus on closed cooling-water system of a power plant is given ，and makes an analysis．
Key words ：FCS ；power plant ；application
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4第5期杜相如:PROFIBUS 现场总线在电厂的应用。