現(xiàn)場總線Profibus介紹200904課件

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS)在火電廠

應(yīng)用的研究自動化技術(shù)研究中心

主要內(nèi)容現(xiàn)場總線技術(shù)的基本概念現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)適用于過程控制領(lǐng)域的典型FCS簡介及應(yīng)用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）

現(xiàn)場總線技術(shù)的基本概念現(xiàn)場總線的產(chǎn)生及定義現(xiàn)場總線的核心和基礎(chǔ)現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型現(xiàn)場總線的核心和基礎(chǔ)不同類型的總線，其核心是不同的“總線協(xié)議”。協(xié)議的本質(zhì)是“標(biāo)準(zhǔn)”?？偩€協(xié)議技術(shù)是系統(tǒng)的，有完整的硬件和軟件支持，能夠形成系統(tǒng)和產(chǎn)品。總線協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)開放、互操的前提。現(xiàn)場總線的核心－總線協(xié)議現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)－智能現(xiàn)場裝置遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，實現(xiàn)雙向數(shù)字通信。具有多種智能化功能，增加現(xiàn)場級的信息處理和控制能力。具有豐富的狀態(tài)、診斷、參數(shù)信息。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域FCS應(yīng)用的三大典型領(lǐng)域

(1)制造:典型是汽車制造，自動化生產(chǎn)線機器人的離散操作。由PLC發(fā)展到FCS(2)物業(yè)：樓宇自動化，節(jié)點多達(dá)32,385，無主從，各節(jié)點對等，但節(jié)點間傳遞信息量較低(3)過程控制：石化、發(fā)電等，模擬量監(jiān)控技術(shù)復(fù)雜、安全性高。由DCS發(fā)展到FCS

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不同領(lǐng)域?qū)CS的要求不同

(1)模擬連續(xù)類：基本測控對象流量、溫度、料位、壓力等變化緩慢，不要求快速響應(yīng)時間，但要求復(fù)雜的模擬量處理能力。防爆的本安性能。如從儀表行業(yè)發(fā)展起來的FF標(biāo)準(zhǔn)H1總線。

(2)數(shù)字分立動作類：需有快速巡回檢測和快速控制的能力，快速響應(yīng)時間。如從PLC發(fā)展的Profibus-DP(3)大數(shù)量節(jié)點大陣列類：以上2類節(jié)點不超過300，此類節(jié)點要在30000以上，完全分散。

現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型：在ISO－OSI模型的基礎(chǔ)進(jìn)行簡化，并增添面向用戶的第8層－用戶層現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型物理層：提供機械、電氣、功能性和規(guī)程性的位流傳輸

通信速率－32.25kb/s、1Mb/s、2.5Mb/s、12Mb/s等現(xiàn)場總線段的現(xiàn)場裝置數(shù)現(xiàn)場總線的導(dǎo)線媒體和長度：雙絞線、同軸電纜、光纖

數(shù)據(jù)鏈路層：提供媒體送取控制和邏輯鏈路控制

通信“交通管理”：令牌、主從、非調(diào)度/非周期通信收/發(fā)幀管理：對幀信號的控制，檢驗傳輸差錯（海明碼等）實現(xiàn)通信的實時性、確定性和優(yōu)先級管理

現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型應(yīng)用層：提供應(yīng)用、應(yīng)用管理和系統(tǒng)管理的分布式信息服務(wù)

主要有通信功能、特殊功能以及管理控制功能用戶層：提供現(xiàn)場智能裝置控制功能和互操作性

標(biāo)準(zhǔn)功能塊（FB）：為現(xiàn)場智能裝置提供的AI、AO、PID等裝置描述（DD）：類似于裝置的驅(qū)動軟件，允許不同廠商的裝置連在同一現(xiàn)場總線實現(xiàn)互操。有EDDL和FDT/DTM兩大類描述方法。目前這兩種標(biāo)準(zhǔn)有統(tǒng)一的議向。現(xiàn)場總線的國際發(fā)展概況和趨勢現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

漫長的國際標(biāo)準(zhǔn)制定過程（16年），已產(chǎn)生了妥協(xié)和折衷性質(zhì)的IEC61158現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，2000年包含了8種類型的現(xiàn)場總線。到2007年11月增加到16類，其中包括中國自主研發(fā)的EPA現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。國際著名現(xiàn)場總線組織基金會現(xiàn)場總線FF：美國公司為主的國際性組織Profibus組織：德國和歐洲國公司為主的國際性組織

WorldFIP組織：法國、北美等國公司為主的國際性組織ControlNet組織：由ROCKWELL公司牽頭的國際性組織適用于過程控制的FCS簡介及應(yīng)用適用于電廠過程控制的現(xiàn)場總線基金會（FF）現(xiàn)場總線Profibus現(xiàn)場總線及應(yīng)用Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)是由離散控制(PLC)發(fā)展而來。是IEC61158現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)中的第3類。Profibus技術(shù)規(guī)范，在2006年10月經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管委會審查通過，成為我國第一個現(xiàn)場總線國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T20540-2006

Profibus產(chǎn)品，全球有超過250家公司生產(chǎn)1500多種產(chǎn)品。Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

主站－分為二類

(1)一類主站(DPM1)：能主動地、周期性地與其所組態(tài)的從站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，被動地與二類主站通信。如PLC、控制站

(2)二類主站(DPM2):監(jiān)控主站，可非周期地與其他主站、自己的從站通信，如編程器、操作員站等。

從站－是輸入、輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備，被動地與主站通信。如通信接口卡、變送器、閥門驅(qū)動器、電機控制單元、檢測儀表等。Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)Profibus通信機制循環(huán)周期數(shù)據(jù)通信:用于實時性數(shù)據(jù)通信，包括過程I/O和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)字。對于32站系統(tǒng)主站與每個從站通信量為512bit輸入和512bit輸出，在12Mbps速率下的周期為1ms。非循環(huán)周期數(shù)據(jù)通信:具有較低的通信優(yōu)先級，用于非實時數(shù)據(jù)通信。設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)、診斷、參數(shù)化、檢驗數(shù)據(jù)?？稍诙鄠€循環(huán)通信周期中傳輸。擴展診斷的DP-V1標(biāo)準(zhǔn)比DP-V0所采集的信息更多、更深入。Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)電站控制系統(tǒng)的特殊性FCS在電廠應(yīng)用研究的進(jìn)展玉環(huán)電廠水處理FCS簡介現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用電站控制系統(tǒng)的特殊性對電站運行可靠性的特殊要求

對新技術(shù)、新裝置既渴望又保守的矛盾態(tài)度。電站I/O特點

測點密集、現(xiàn)場裝置密集、設(shè)備立體布置。廠域遠(yuǎn)小于石油、化工企業(yè)?？刂乒δ芎涂刂撇呗缘膹?fù)雜性

火電廠自動化監(jiān)控的六大系統(tǒng)（DAS、FSSS、MCS、SCS、DEH、ECS）；機爐協(xié)調(diào)控制涉及設(shè)備、信息量大；汽機控制、SOE要求ms級響應(yīng)速度；國外電廠FCS的應(yīng)用Profibus現(xiàn)場總線系統(tǒng)在德國電廠應(yīng)用電廠名稱：Niederaussem（尼德豪森）容量：1012MW，超臨界，壓力27.0MPa控制系統(tǒng)：DCS與FCS相結(jié)合－DCS控制器實現(xiàn)邏輯運算、控制策略。變送器、執(zhí)行器等采用現(xiàn)場總線設(shè)備。現(xiàn)場總線設(shè)備：變送器:HART協(xié)議氣動閥門(電磁閥):Profibus-DP氣動閥門定位器：Probibus-PA電機起動開關(guān)設(shè)備：Profibus-DP儀表診斷和管理：PDM軟件OTOTOTOT/ETOT/DTOSESDSAPFAPFUMAPFUM-FAPTAPAdd

FEMexternal

networkwebserverterminalbusPlantbusPROFIBUS-DPMMCCPositionerAS-interfaceDP/AS-i

LinkHART-MUXHART-Bus國外電廠FCS應(yīng)用的現(xiàn)狀國外電廠FCS應(yīng)用的現(xiàn)狀DP智能電機控制和保護(hù)單元多種控制方式：正/反轉(zhuǎn)、星/三角起動、變極起動保護(hù)功能：過流保護(hù)、過熱保護(hù)；控制和狀態(tài)信息：啟、停狀態(tài)，電流、溫度；診斷信息：硬件、線圈、傳感器診斷；國內(nèi)電廠FCS工程應(yīng)用連云港新海電廠200MW機組，采用了Profibus-DP接口的SIPOS電動調(diào)節(jié)閥；江陰夏港電廠330MW機組及其脫硫、輔助車間的400V電動機采用了Profibus-DP接口的電機控制和保護(hù)單元(SIMOCODE),共346臺；華能巢湖電廠水處理控制系統(tǒng)、深能源河源電廠水處理控制系統(tǒng)均采用了Profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，并已投入運行；海門電廠海水脫硫控制系統(tǒng)采用Profibus和FF現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和儀表。國內(nèi)電廠局部應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)玉環(huán)電廠FCS工程應(yīng)用研究和實施是國內(nèi)電廠完整的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)控制器：PLC（高性能冗余CPU系統(tǒng)）現(xiàn)場總線：Profibus-DP、Profibus-PA現(xiàn)場總線儀表：DP超聲波液位計、PA壓力/差壓變送器、PA磁翻板液位計現(xiàn)場總線設(shè)備：DP氣動電磁閥(閥島)、DP智能電機控制和保護(hù)單元(SIMOCODE)、DP變頻器信息和管理軟件：自主開發(fā)中文界面的診斷和管理軟件對儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、參數(shù)設(shè)定等；PDM軟件對變送器、CIMOCODE進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)化、調(diào)試等。玉環(huán)電廠水處理FCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)玉環(huán)電廠水處理FCS工程應(yīng)用中文界面的診斷信息和設(shè)備管理窗口

變送器窗口超聲波液位計窗口應(yīng)用FCS的核心是現(xiàn)場設(shè)備信息的利用玉環(huán)電廠水處理FCS工程應(yīng)用操作員站的現(xiàn)場總線設(shè)備信息畫面玉環(huán)電廠水處理FCS工程應(yīng)用操作員站的現(xiàn)場總線設(shè)備信息畫面華能玉環(huán)電廠水網(wǎng)控制室補給水控制系統(tǒng)

主機柜1面

動力柜1面

通訊箱5面

電磁閥箱8面廢水處理控制系統(tǒng)

通訊箱2面

電磁閥箱4面控制站（PLC）機柜。除冗余PLC、通信接口模件外沒有常規(guī)I/O卡件。就地通信箱包含：光電鏈路器OLMDP二合一單元Y-LinkDP/PA耦合單元24V直流電源華能玉環(huán)電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)Profibus-DP接口的超聲波液位計華能玉環(huán)電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)火電廠應(yīng)用FCS將帶來自動化技術(shù)革命

現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)越性

突破信號傳統(tǒng)的“點對點”傳輸，帶來豐富的現(xiàn)場狀態(tài)、診斷信息，以及遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整、校正功能；

促進(jìn)信息管理、設(shè)備管理、優(yōu)化控制軟件的開放、發(fā)展和應(yīng)用；電廠控制、管理自動化實現(xiàn)革命化發(fā)展，建立真正的“數(shù)字化電廠”。

現(xiàn)場總線產(chǎn)生的新理念

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，是系統(tǒng)設(shè)計的重點；

需要設(shè)計儀表、設(shè)備的地理位置，電纜橋架的走向，是優(yōu)化通訊支路設(shè)計，儀表連接設(shè)計的條件；火電廠應(yīng)用FCS將帶來自動化技術(shù)革命

現(xiàn)場總線產(chǎn)生的新理念

安裝、接線的數(shù)量減少，但安裝工藝的要求有提高；儀表、設(shè)備的狀態(tài)能夠在集控室監(jiān)視，就地工作減少，但技術(shù)要求提高。電站現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS165電站現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS165

FCS165d的特點

FCS165系統(tǒng)的最顯著特點是實現(xiàn)了DCS與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。Profibus-DP通信主站模件和FF-H1通信主站模件可直接插入與控制器相鄰的I/O槽位中，與控制器通過底板并行總線交換數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場總線智能設(shè)備能夠直接掛在相應(yīng)的通信網(wǎng)段上。現(xiàn)場總線設(shè)備數(shù)據(jù)、狀態(tài)和診斷信息直接進(jìn)入FCP01實時數(shù)據(jù)庫，可與傳統(tǒng)I/O信號統(tǒng)一用于組態(tài)控制、運算。與工程師站一體化的Profibus網(wǎng)絡(luò)、主站、從站的組態(tài)、監(jiān)視、調(diào)試、診斷軟件工具，采用Windo