摘要：文章介紹了profibus現(xiàn)場總線的有關(guān)慨念及技術(shù)協(xié)議，闡述了其在水處理工藝控制中的實(shí)際應(yīng)用。
引言：
現(xiàn)場總線控制技術(shù)因其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，已在各個(gè)領(lǐng)域如機(jī)械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應(yīng)用。近年來在自來水行業(yè)的應(yīng)用也越來越普遍，基于現(xiàn)場總線的水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)，它采用了計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)，使水處理工藝過程參數(shù)及設(shè)備加入到信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，這樣公司級(jí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的通道，是支撐現(xiàn)場級(jí)與水廠級(jí)信息的技術(shù)基礎(chǔ)。
1.現(xiàn)場總線技術(shù)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(rèn)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(qiáng)，開放性差，可靠性不易保證，電纜敷設(shè)量大，更不能*cims系統(tǒng)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)有很多種，其中profibus現(xiàn)場總線是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)，它是目前世界上zui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(gè)兼容部分組成。采用了osi模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)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(duì)總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對(duì)總線的控制權(quán)，取得控制權(quán)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(shè)備級(jí)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(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)；pa則是用于過程自動(dòng)化的總線類型。
(4)profibusfieldbus網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(shè)備連接，適應(yīng)于現(xiàn)場設(shè)備多又相對(duì)集中且不具備profibus接口的情況。
b單一總線型：當(dāng)所有的現(xiàn)場設(shè)備都具有profibus接口時(shí)，用總線把它們連接起來實(shí)現(xiàn)*的分布式結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這時(shí)的設(shè)備成本會(huì)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(shè)備連到總線上，又可把帶總線接口的設(shè)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(jié)構(gòu)型式
以plc為一類主站，pc機(jī)監(jiān)控為二類主站連接至propmu5總線上，二類主站可完成遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)形式配置，需根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備是否具備profibus接口及系統(tǒng)本身的實(shí)際需要來確定，下圖為八水廠profibus控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
選擇該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成形式，其理由如下：
1)八水廠處理生產(chǎn)工藝流程的各個(gè)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(gè)現(xiàn)場被控設(shè)備之間都相對(duì)比較分散，且項(xiàng)目(系統(tǒng))對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成有較高的要求，除要達(dá)到遠(yuǎn)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(shè)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(shù)的zui大優(yōu)勢。
2)為確保實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目(系統(tǒng))的成功實(shí)施，現(xiàn)場總線profibus的一些關(guān)鍵性技術(shù)能否在水行業(yè)得到正常應(yīng)用，主要是看它在本行業(yè)是否有應(yīng)用先例，經(jīng)過調(diào)研，確認(rèn)profibus不僅在制造、電力等方面，在水行業(yè)也已有成功的應(yīng)用，且有相當(dāng)?shù)臉I(yè)績。
3)根據(jù)水處理工藝流程，現(xiàn)場總線profibus將plc分為四個(gè)工作站，一泵房站、二泵房站、加藥站、濾池站及中心控制室、廠長室，并設(shè)置為主站，而加藥和濾池主站則配置為分別帶有8個(gè)和12個(gè)智能型vo從站的plc。對(duì)四個(gè)plc工作主站，考慮到系統(tǒng)功能的要求及用戶的需要，每站分別配置了一臺(tái)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)卡作監(jiān)控主站。
3.系統(tǒng)配置及設(shè)備選型
系統(tǒng)采用profmus現(xiàn)場總線的典型應(yīng)用產(chǎn)品，siemens公司產(chǎn)品。
1)主站選擇
a)選擇s7-300系列的cpu315--2dp為一類主站，它帶有一個(gè)dp和一個(gè)mpi接口，速率為9.6kbit/s12mbit/s，數(shù)據(jù)傳輸距離1200m，可連接i/0數(shù)目：di/do1024ai/ao128
b)選擇cp343-5通信處理器，將plc連接到brofibus上，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6k，1.5mbt/s。
c)選擇pc機(jī)加brofibus網(wǎng)卡作過程監(jiān)控的二類主站。
2)從站選擇
選擇s7-200系列的cpu215-2dp為智能型i/o從站，zui大數(shù)據(jù)傳輸速率為12m，本身帶有14di/10do，亦可擴(kuò)展到62dv58do或12av4ao。
4.系統(tǒng)控制要求及控制方案的實(shí)現(xiàn)
1)為使水處理工藝各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備在調(diào)度控制中心被實(shí)時(shí)監(jiān)視控制，廠調(diào)度室和廠長室都配有一臺(tái)惠普電腦連接至brofibus現(xiàn)場總線上，通過wihncc組態(tài)圖形軟件既能監(jiān)視各站點(diǎn)生產(chǎn)狀況，又能控制操作現(xiàn)場設(shè)備的各種狀態(tài)，達(dá)到非常理想的集中控制功能。
2)為了維護(hù)方便、操作靈活對(duì)各個(gè)plc站點(diǎn)的設(shè)備均設(shè)置有手動(dòng)、鍵控和全自動(dòng)控制方式。一泵房plc通過profibus接受二泵房pie采集的清水池水位，出廠水流量等數(shù)據(jù)，對(duì)一泵房機(jī)組進(jìn)行全自動(dòng)閉環(huán)控制，二泵房則通過網(wǎng)絡(luò)根據(jù)調(diào)度室確定的指令及流量、壓力、設(shè)備狀況進(jìn)行自動(dòng)控制。
3)濾池控制pie站點(diǎn)，在控制室柜中裝有西門子cpu315plc，在每格濾池操作臺(tái)內(nèi)裝有西門子cpu215-2dpplc，它們之間通過dp端口利用屏蔽雙絞線連接在一起，構(gòu)成profibus--dp總線，其中s7-300是主站，其它12臺(tái)s7-200是從站，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾池的全自動(dòng)反沖洗。
4)加礬加氯及桁車、反應(yīng)池排泥站點(diǎn)，在控制室柜中裝有西門子cpu315plc為主站，在桁車、反應(yīng)池排泥處裝有s7-200plc為從站，共8臺(tái)，它們之間連成profibus-dp總線，使桁車排泥按時(shí)段進(jìn)行全自動(dòng)工作，加礬按流量比例前饋、scd反饋控制，加氯按流量比例、余氯反饋閉環(huán)控制。
5.結(jié)束語
profibus現(xiàn)場總線在八水廠自控系統(tǒng)中建立以來，經(jīng)調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定正?！，F(xiàn)場總線作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)愈來愈在工業(yè)控制系統(tǒng)中發(fā)揮出*的優(yōu)勢作用。如今雖有觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)(tcp/ip)可能取代現(xiàn)場總線，但至少從目前來看要全面取而代之，還存在著很多困難。