淺談現(xiàn)場總線PROFIBUS在水廠自控系統(tǒng)中的應用

現(xiàn)場總線控制技術因其巨大的技術優(yōu)勢，已在各個領域如機械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應用。近年來在自來水行業(yè)的應用也越來越普遍，基于現(xiàn)場總線的水廠自動化控制系統(tǒng)，它采用了計算機數(shù)字化通信技術，使水處理工藝過程參數(shù)及設備加入到信息網(wǎng)絡，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡的底層，這樣公司級信息溝通的覆蓋范圍便一直延伸到了生產(chǎn)現(xiàn)場。在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是水廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的通道，是支撐現(xiàn)場級與水廠級信息的技術基礎。

1.現(xiàn)場總線技術簡介

(1)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是近十幾年發(fā)展起來的，它被認為是工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。它主要解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)信息量有限集成能力不強，開放性差，可靠性不易保證，電纜敷設量大，更不能完全滿足CIMS系統(tǒng)對底層數(shù)據(jù)的要求等問題。

(2)目前世界流行的現(xiàn)場總線及總線標準有很多種，其中PROFIBUS現(xiàn)場總線是歐洲標準，其產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，在中國也組建了PROFIBUS現(xiàn)場總線專業(yè)委員會，它是目前世界上最成功的現(xiàn)場總線之一，長沙八水廠自控系統(tǒng)便是采用了該總線。

(3)現(xiàn)場總線PROFIBUS協(xié)議由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三個兼容部分組成。采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層，支持主從系統(tǒng)、純主系統(tǒng)、多主多從系統(tǒng)通信方式。主站對總線具有控制權，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權，取得控制權的主站可向從站發(fā)送、獲取信息。DP型用于高速數(shù)據(jù)傳輸，尤適用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/0的通信：FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于廠站級監(jiān)控網(wǎng)絡，是一個令牌結構、實時多主網(wǎng)絡；PA則是用于過程自動化的總線類型。

(4)PROFIBUS FIELDBUS網(wǎng)絡構成的幾種型式

A 總線接口型：它采用分散式I/O作為總線接口與現(xiàn)場設備連接，適應于現(xiàn)場設備多又相對集中且不具備PROFIBUS接口的情況。
B 單一總線型：當所有的現(xiàn)場設備都具有PROFIBUS接口時，用總線把它們連接起來實現(xiàn)完全的分布式結構，當然這時的設備成本會較高。
C 混合型：它是A、B型的混合，是一種比較普遍的情況，它既可以通過分散式I/O把現(xiàn)場設備連到總線上，又可把帶總線接口的設 備連到總線上，是一種非常靈活的集成方案。
2.水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)場總線結構型式

以PLC為一類主站，PC機監(jiān)控為二類主站連接至PROPmU5總線上，二類主站可完成遠程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能等。

現(xiàn)場總線PROFIBUS控制系統(tǒng)的結構形式配置，需根據(jù)現(xiàn)場設備是否具備PROFIBUS接口及系統(tǒng)本身的實際需要來確定，下圖為八水廠PROFIBUS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖。

選擇該網(wǎng)絡構成形式，其理由如下：

1)八水廠處理生產(chǎn)工藝流程的各個環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間、環(huán)節(jié)內(nèi)部需檢測的參數(shù)與各個現(xiàn)場被控設備之間都相對比較分散，且項目(系統(tǒng))對各個工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成有較高的要求，除要達到遠程操作、診斷、監(jiān)控、參數(shù)化功能外，還必須為CM賜系統(tǒng)提供豐富的現(xiàn)場設備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為全公司的信息系統(tǒng)提供重要的底層數(shù)據(jù)。而恰到好處的解決這些問題正是現(xiàn)場總線技術的最大優(yōu)勢。