Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

1 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介
　　現(xiàn)場總線就是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測控設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字化通訊的系統(tǒng)，也稱開放式、數(shù)字化、多點通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)?；?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/現(xiàn)場總線">現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)具有如下特點：
　　（1）具有很好的開放性?；谕环N現(xiàn)場總線協(xié)議的不同廠家的設(shè)備可互連；
　　（2）具有智能化和功能自治性
　?。?）具有高可靠性?？蓸?gòu)成全分散性的體系結(jié)構(gòu)．提高了控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力；
　　（4）具有明顯的經(jīng)濟性?；诂F(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)可節(jié)省硬件投資和安裝費用。
　　現(xiàn)場總線的首批工業(yè)化產(chǎn)品1987年誕生在Device Net．其后，全世界存在或曾經(jīng)存在過200余種各種現(xiàn)場總線，1994年9月致力于統(tǒng)一現(xiàn)場總線標準的現(xiàn)場總線基金會組織FF成立，但由于歷史和利益等方面的原因 1999年才遲遲通過的IEC61158共規(guī)定了8種現(xiàn)場總線作為國際標準，它們分別是FF—H1、Control Net、Profibus、Interbus、P—Net、World—FIP、SwiflNet及FF—HSE。
　　Profibus是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準，包含3種類型．即Profibus—DP、Profibus—FMS和Profibus—PA 該總線技術(shù)是以西門子公司為主的德國公司和研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層（FMS），傳輸速率為9．6 kbps～12 Mbps，單段傳輸距離為100～1 200 m．傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線．也可以是同軸電纜和光纖。拓撲方式有線形、星形和混合形3種，一條鏈路最多可掛接127個站點．并可實現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。Profibus現(xiàn)場總線協(xié)議的會員單位已有1 000多家，支持該標準的產(chǎn)品有2 000余種， 市場占有率已達20％ 左右。Profibus是世界上最成熟、市場占有率最高的一種現(xiàn)場總線
2 基于Profibus—DP現(xiàn)場總線技術(shù)的VCM轉(zhuǎn)化器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
2．1 改造前的情況
　　 西安西化熱電化工公司原采用“熱電偶+補償導(dǎo)線+多通道數(shù)顯儀表”模式對VCM轉(zhuǎn)化器溫度進行監(jiān)測，這種模式有如下問題：
　?。?）占地面積大。幾十臺轉(zhuǎn)化器的溫度顯示儀表柜共有4面，占據(jù)了半個控制室；
　?。?）數(shù)據(jù)顯示不精確，且歷史數(shù)據(jù)無記錄。測量誤差不確定，偏差大的超過l0度，給分析轉(zhuǎn)化器的運行狀態(tài)造成困難；
　?。?）工藝消耗高。由于不能及時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器觸媒失效而造成VCM中乙炔含量偏高，精餾塔低塔的尾排量增加，造成電石消耗升高；
（4）安裝和維護成本高。減少補償導(dǎo)線70％以上。因此，2005年8月該公司擴產(chǎn)PVC生產(chǎn)能力時用現(xiàn)場總線技術(shù)對轉(zhuǎn)化器溫度測量系統(tǒng)進行了同步改造，2年來該系統(tǒng)始終運行良好。
2.2 改造后情況
　　共有32組轉(zhuǎn)化器和1套除汞制酸裝置，所有的溫度、壓力等信號都從就近的現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)采集箱進網(wǎng)，用2根雙絞線電纜連到100 m外控制室的DCS系統(tǒng)上進行集中顯示和處理．現(xiàn)場總線長度為300 m，網(wǎng)絡(luò)速率為500 kbps。
　　圖1為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配置圖：圖2為網(wǎng)絡(luò)布置圖。

　　需要說明的是，因為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)采集箱需要安裝在轉(zhuǎn)化器現(xiàn)場，而現(xiàn)場的環(huán)境很惡劣，接近露天，且有氯氣、氯化氫等腐蝕性氣體，因此，對采集箱的防護設(shè)計要求很嚴格．密封等級要達到IP54：要設(shè)計電伴熱系統(tǒng)；要充氮氣或儀表空氣，使箱體內(nèi)為正壓。每臺轉(zhuǎn)化器共測量l0點觸媒溫度和1點回水溫度，每個數(shù)據(jù)采集箱負責六七臺轉(zhuǎn)化器的數(shù)據(jù)采集，這樣，每個數(shù)據(jù)采集箱中都安裝了9～11個10模塊（均為八路），其中熱電耦模塊8～l0個，熱電阻模塊1個，24 VDC 5 A模塊化電源1個。
　　32臺轉(zhuǎn)化器的352點溫度信號（其中熱電阻信號32個）和除汞制酸的l7個信號共369個測點信號通過6個現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)采集箱就近入網(wǎng)，這些模擬量信號通過安裝在現(xiàn)場采集箱里的智能10模塊變成數(shù)字量信號后通過Profibus—DP現(xiàn)場總線傳至控制室的DCS系統(tǒng)。
　　基于現(xiàn)場總線的DCS系統(tǒng)可進一步處理這些數(shù)據(jù)，如：每臺轉(zhuǎn)化器經(jīng)過去壞值（測溫元件故障）處理后求出每天的最大溫度值、最小溫度值和平均溫度值，并把這些數(shù)據(jù)保存1年以上，歷史數(shù)據(jù)又以曲線的方式更加直觀地顯示出來，使操作人員可以很方便地分析轉(zhuǎn)化器的運行狀態(tài)。
3 結(jié)語
　　轉(zhuǎn)化器經(jīng)過基于Profibus—DP現(xiàn)場總線技術(shù)的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)改造后，徹底擺脫了測溫不準、無歷史數(shù)據(jù)、不好分析轉(zhuǎn)化器運行狀態(tài)等被動局面，操作人員可以根據(jù)溫度變化趨勢及時發(fā)現(xiàn)并處理轉(zhuǎn)化率低的轉(zhuǎn)化器，使轉(zhuǎn)化器能夠始終運行在比較優(yōu)化的狀態(tài)中，明顯減少了精餾塔尾排量，降低了電石消耗，同時節(jié)省電纜費用30余萬元，取得直接和問接經(jīng)濟效益近200萬元。