現(xiàn)場總線技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用
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現(xiàn)場總線技術(shù)是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的一種基于現(xiàn)場設(shè)備之間進(jìn)行通訊的新型總線系統(tǒng)，它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對點(diǎn)”式的模擬信號或數(shù)字-模擬信號控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線則是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，其基礎(chǔ)是智能儀表。分散在各個工業(yè)現(xiàn)場的智能儀表通過數(shù)字現(xiàn)場總線連為一體，并與控制室中的控制器和和監(jiān)視器一起構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）。通過遵循一定的國際標(biāo)準(zhǔn)，可以將不同廠商的現(xiàn)場總線產(chǎn)品集成在同一套FCS中，具有互換性和互操作性。FCS把傳統(tǒng)DCS的控制功能進(jìn)一步下放到現(xiàn)場智能儀表，由現(xiàn)場智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等功能?，F(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)（包括采集的數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)）通過現(xiàn)場總線傳送到控制室的控制設(shè)備上，控制室的控制設(shè)備用來監(jiān)視各個現(xiàn)場儀表的運(yùn)行狀態(tài)，保存智能儀表上傳的數(shù)據(jù)，同時完成少量現(xiàn)場儀表無法完成的高級控制功能。另外，F(xiàn)CS還可以通過網(wǎng)關(guān)和企業(yè)的上級管理網(wǎng)絡(luò)相連，以便管理者掌握第一手資料，為決策提供依據(jù)。所以現(xiàn)場總線具有開放性、互操作性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、現(xiàn)場設(shè)備的高度智能化、對環(huán)境的高度適應(yīng)性等諸多突出特點(diǎn)。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能形成一個完善的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)場總線的高性能價格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。
2 Profibus的功能特點(diǎn)
目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品有多種，其中Profibus是由西門子公司提出并極力倡導(dǎo)，已經(jīng)先后成為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EU50170，是一種開放而獨(dú)立的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議結(jié)構(gòu)是以ISO 7498國際標(biāo)準(zhǔn)開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI（Open System Interconnection）參考模型為基礎(chǔ)，在機(jī)械制造、工業(yè)過程控制、智能建筑中充當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)。Profibus由Profibus-PA、Profibus-DP和Profibus-FMS三個系列組成。Profibus-PA（Process Automation）用于過程自動化中的傳感器和執(zhí)行器等的低速數(shù)據(jù)傳輸。Profibus-DP （Distributed Peripherals）和Profibus-PA兼容，使用了第一層、第二層和用戶接口，第三層到第七層未加定義，這種流體型結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俣行У剡M(jìn)行，直接數(shù)據(jù)鏈路映象（Direct Data Link Mapper―DDLM）使用戶接口易于進(jìn)入第二層。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的系統(tǒng)功能，并詳細(xì)說明了各種不同Profibus-DP設(shè)備的設(shè)備行為，還提供了傳輸可選用的RS-485傳輸技術(shù)或光纖傳輸技術(shù)。Profibus-DP是一種高速而廉價的通信連接，可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于自動控制系統(tǒng)和在設(shè)備級分散的I/O之間的通信，可代替24V和0~20mA的并行信號。Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification）用來解決車間級通用性的通信任務(wù)。后兩個系列采用RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)，通常稱之為H2，傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系如表1所示。介質(zhì)存取控制的基本方式為主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式，以及綜合這兩種方式的混合方式。不帶中繼器時每個分段最多32個站，帶中繼器時最多127個站，插頭連接器一般采用9針D型插頭。Profibus-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)以其高速和便宜的通訊連接特性在工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
西門子公司的Profibus-DP現(xiàn)場總線具有通訊速度高、配套產(chǎn)品種類齊全、支持協(xié)議的其他設(shè)備廠家數(shù)量眾多等優(yōu)勢。西門子公司的ET 200大家族中的新一代分布式I/O系統(tǒng)ET 200S就是基于Profibus-DP現(xiàn)場總線的產(chǎn)品。ET 200S是PROFIBUS-DP中高性能的分布式I/O通信接口模塊，有種類豐富的各種子模塊，如開關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶模塊、熱電
阻模塊、100kHz 24V計(jì)數(shù)模塊、編碼器接口模塊、步進(jìn)/脈沖輸出模塊等，把各種開關(guān)量和模擬量接入到PROFIBUS-DP中。通過將電子模塊與負(fù)載饋電器和安全技術(shù)加以結(jié)合，以及系統(tǒng)的離散式設(shè)計(jì)使ET 200S在現(xiàn)場應(yīng)用中能適用于更多有不同功能要求的場合。一個ET 200S站最多可連接64個模塊，數(shù)據(jù)輸入/輸出最多可達(dá)到128字節(jié)。
3 系統(tǒng)構(gòu)成原理
工業(yè)配電對于工業(yè)企業(yè)的電網(wǎng)質(zhì)量和生產(chǎn)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要，并對計(jì)劃用電、節(jié)約用電有著重要意義?；诂F(xiàn)場總線的工業(yè)配電計(jì)算機(jī)監(jiān)測分析網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)即采用這種性能價格比很高的現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成靈活簡單，連線極少，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性好，易于維護(hù)，具有數(shù)據(jù)處理、分析、運(yùn)行監(jiān)測、錄波和打印等功能，同時對原有設(shè)備未作太多的改動，實(shí)用性和可擴(kuò)展性極強(qiáng)。
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