一、引 言
    20世紀中期，我國引進了一批先進的大型火電機組，同時也把分散控制系統(tǒng)和PLC引進了中國。一般在汽機、鍋爐應用DCS，在電廠輔助系統(tǒng)中使用PLC控制。近年來，隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線的概念越來越多的應用到各種領(lǐng)域。一個新的名詞-FCS(FIELDBUS CONTROL SYSTEM)已深入到各種過程控制領(lǐng)域，而且在國外的電廠已開始廣泛應用。使用現(xiàn)場總線技術(shù)，可以減少用于連接分散的I/O設備的電纜，可以減少用于連接儀表的電纜并增加可靠性，因此可以大量的節(jié)省機械安裝、連接和布線的成本、并增加了系統(tǒng)的可靠性。
二、現(xiàn)場總線技術(shù)
2.1 現(xiàn)場總線的概念
    現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化，連接傳感器、控制器和執(zhí)行器等現(xiàn)場設備的一種全數(shù)字化、全分散化、智能、雙向、多變量、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的特點:可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，通信速率快，系統(tǒng)安全，符合環(huán)境保護要求、價格低、維護成本低。
    傳統(tǒng)的4-20mA信號連接，信息量有限，嚴重制約了企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)?，F(xiàn)場總線技術(shù)把孤立的現(xiàn)場級設備帶進了企業(yè)信息網(wǎng)絡中。
2.2 Profibus 技術(shù)介紹
    當前現(xiàn)場總線的標準很多，如Profibus、FF、Lonworks、WorldFIP等，目前的現(xiàn)場總線技術(shù)正趨于統(tǒng)一，國際電工委員會制定了IEC 61158的國際標準。
    Profibus是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準，代號DTN19245，目前是IEC 61158國際標準中的Type3部分?，F(xiàn)在它成為不依賴于設備生產(chǎn)商、開放的、國際化的現(xiàn)場總線標準之一。廣泛應用于制造自動化、流程工業(yè)自動化、樓宇、交通、電力等領(lǐng)域的自動化控制系統(tǒng)中。
    Profibus網(wǎng)絡協(xié)議也是以ISO的OSI七層參考模型為基礎(chǔ)，對第三層到第六層進行了簡化。
    TEC61158中Type3的第一部分定義了Profibus的物量層和鏈路層協(xié)議，其技術(shù)指標如下:
    物理接口標準：EIA RS-485
    網(wǎng)絡接口：sub-D9 芯插頭
    網(wǎng)絡拓撲：線性總線兩端加終端電阻
    存取方式:鏈路層采用混合介質(zhì)存取方式，主站間按令牌環(huán)方式，主站和從站間按主從方式工作。
    站點數(shù):主從站最多127個，每段最多32站，段間采用中繼器連接。
    電纜:屏敝雙絞線截面>0.22mm2，阻抗120Ω
    傳輸波特率：9.6k---l2M
    傳輸距離:1200m以下，與傳輸波特率成反比，可用Repeater(中繼器)增加傳輸距離。
    TEC61158中Type3的第二部分定義了應用層協(xié)義，稱為FMS。FMS提供強有力的通信功能。
    TEC61158中Type3的第三部分定義了DP協(xié)議，用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸:其傳輸速率可達12Mbit/s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，在SIMATIC中FMS和DP可混合工作。
    TEC61158中Type3的第四部分為PA協(xié)議，用于安全性較高的場合，設備行規(guī)定義了設備自有的功能，設備描述語言及功能塊允許對設備進行完全的內(nèi)部操作。
    IEC61158中Type3的第一部分分別與第二、第三、第四部分構(gòu)成了Profibus的三個兼容部分，即:Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA,分別應用于不同的場合。
    圖l為Profibus通訊協(xié)議的結(jié)構(gòu)示意

PROFIBUS總線具有下面特點:
    1.用一根串行的數(shù)字總線替代傳統(tǒng)的并行24V信號和4～2OmA模擬信號
    2.通過一根雙芯屏蔽電纜連接中央控制器和現(xiàn)場設備
    3.同樣適用于防爆環(huán)境和有安全要求的應用:一個系統(tǒng)適合于不同的應用
    4.數(shù)據(jù)和電源通過同一根電纜傳輸(PA)
    5.對于所有的設備，只需要一個通用的組態(tài)和工程工具
    6.連接不同廠商的設備
    7.開放的、不依賴于廠商的現(xiàn)場總線，并符合IEC61158國際標準(Type3)
三、Profibus系統(tǒng)在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)的應用方案
    在下面的論述中，我們將以電廠循環(huán)流化床鍋爐機組控制系統(tǒng)為例，介紹一下現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠的應用。
    電廠控制分成:過程控制系統(tǒng)和輔機控制系統(tǒng)
    主機控制系統(tǒng):
    · 數(shù)據(jù)采集 (DAS)
    · 模擬量控制 (MCS)
    · 發(fā)電機-變壓器組和廠用電源系統(tǒng)順序控制 SCS(G/A)]
    · 鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) (FSSS)
    · 汽輪機電液控制系統(tǒng) (DEH)
    · 輔機控制系統(tǒng):
    · 輸煤程控:
    · 化學水處理:
    · 除塵除灰:
    · 脫硫系統(tǒng):
    近年來，循環(huán)流化床鍋爐在國內(nèi)外都得到了廣泛的應用，其高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點是眾所周知的
3.1 系統(tǒng)構(gòu)成
    控制系統(tǒng)選用了西門子公司的過程控制系統(tǒng)。采用西門子工控機，配有STEP7 V5.2 編程軟件，WinCC6.0監(jiān)控軟件為上位機監(jiān)控系統(tǒng)。
    下位機監(jiān)控系統(tǒng)組成:兩套西門子PLC—CPU 417-2DP,四個ET2OOM工作站。以PROFI-BUS-DP和PROFIBUS-PA作為其現(xiàn)場總線，CP連接的以支持Profibus協(xié)議的PROFIBUS作為系統(tǒng)總線。
3.2 監(jiān)控系統(tǒng):
    監(jiān)控系統(tǒng)由一個操作員站和一個工程師站組成。操作員站主要完成與下位機的數(shù)據(jù)交換(數(shù)據(jù)采集)，顯示各種已組態(tài)好的系統(tǒng)流程畫面、參數(shù)顯示畫面、控制畫面、趨勢曲線、報警畫面，報表打印及控制參數(shù)設置等功能。使操作員可以及時的了解整個鍋爐的運行情況，并采用有效的控制，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。工程師站主要完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的運行組態(tài)，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫組態(tài)及顯示，各種顯示及控制畫面的組態(tài)，報警組態(tài)，事件紀錄及顯示和實事及歷史趨勢顯示。
3.3 控制方案說明
    在控制方案中床溫及鍋爐負荷采用模糊控制;鍋爐液位、過熱蒸汽溫度，爐膛壓力、料床高度、除氧壓力、除氧器液位都采用了傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)回路。
    在WINCC中建立模糊控制規(guī)則輸入表。通過多變量模糊控制設計工具，并且在WinCC畫面中編輯了脫硫配方的計算及鍋爐效率，水、煤、氣、電等參數(shù)累計及瞬時的顯示。WINCC中建立模糊控制規(guī)則輸入表建立連接，即可將模糊控制規(guī)則下載到PLC中去。規(guī)則控制表可根據(jù)鍋爐的實際工作情況進行適時修改。
    由于西門子冗余系統(tǒng)采用了時間同步的專利技術(shù)，可以保證以最快的速度進行主從切換，而且其現(xiàn)場總線網(wǎng)絡也采用了冗余的PROFIBUS技術(shù)，保證了系統(tǒng)的可靠性。對于儀表總線可采Y-bbbb連接到Profibus PA儀表上。
    系統(tǒng)過程控制級的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在這個系統(tǒng)中，充分體現(xiàn)了西門子新一代過程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。使用的組態(tài)軟件是西門子的STEP75.2，由于其友好的用戶功能，標準化的PLC編程語言，結(jié)構(gòu)化的編程思想，優(yōu)良的測試功能，用戶帶來了很大的方便。利用其集成的標準PID控制軟件包，能很好的實現(xiàn)傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)。利用模糊控制軟件包可建立模糊系統(tǒng)。模糊控制可用于自動化的所有層次，從單獨的控制器到整個系統(tǒng)的優(yōu)化。將模糊控制與經(jīng)典的PID控制器相結(jié)合，可以達到最優(yōu)的控制目的。
    對于系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，西門子的WlNCC 6.0，它是在PC基礎(chǔ)上的全面開放的新一代的人機界面監(jiān)控系統(tǒng)。WINCC提供成熟可靠的操作，無論簡單、復雜任務，都能有效的組合，恰當?shù)奶幚怼?BR>四、結(jié)束語
    Profibus技術(shù)從2000年開始已成功應用于輔機程控中，特別是在四川廠安電廠輔機控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場設備的控制全部采用了Profibus技術(shù)，得到了用戶的高度評價。尤其是與傳統(tǒng)集中控制比較，從系統(tǒng)設計、安裝調(diào)試、維護及擴展上，現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯，為實現(xiàn)無人值守的自動化遠程監(jiān)控提供了技術(shù)裝備基礎(chǔ)。