基于PROFIBUS集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

通過分析集散控制系統(tǒng)的不足，提出了在現(xiàn)有集散控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上融入PROFIBUS的實(shí)現(xiàn)方案。根據(jù)集散控制系統(tǒng)和PROFIBUS的技術(shù)特點(diǎn),給出了系統(tǒng)的分層體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了一種基于PROFIBUS的集散控制系統(tǒng)，詳細(xì)描述了過程I/O層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并分析了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等參數(shù)指標(biāo)。這對于解決傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)的不足和實(shí)現(xiàn)火電廠的全面信息化有重要的借鑒意義。
集散控制系統(tǒng)（DCS）由于其操作簡便、穩(wěn)定可靠而被廣泛地用于生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)是管理集中、控制分散。DCS雖然在控制功能上實(shí)現(xiàn)了分散，但在物理上仍是集中式控制系統(tǒng)，仍采用傳統(tǒng)的集中式I/O系統(tǒng)（見圖1）。圖1中DCS的信號(hào)采用一對一的物理連接，有專門的I/O處理模塊和端子板，這造成電廠電纜龐雜，工程周期長，安裝調(diào)試費(fèi)用高，維護(hù)困難。各DCS制造商通常采用自己定義的專用網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，使不同廠家的設(shè)備或系統(tǒng)之間的互聯(lián)存在很多困難，整個(gè)DCS系統(tǒng)成為一個(gè)封閉的“信息孤島”[1]。并且DCS的現(xiàn)場儀表仍采用只能單向傳輸4～20mA模擬信號(hào),不僅速度慢、精度低、易受到電磁干擾，而且已經(jīng)越來越成為限制DCS功能發(fā)揮的瓶頸。
現(xiàn)場總線是將現(xiàn)場儀表與控制室內(nèi)儀表連接起來的全數(shù)字化、雙向、串行通訊網(wǎng)絡(luò)，它的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于全數(shù)字化，實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是徹底分散，更深層次的優(yōu)點(diǎn)在于它的開放性[2]?，F(xiàn)場總線采用分布式I/O系統(tǒng)（見圖2），可以真正的實(shí)現(xiàn)控制功能和物理上的全分散性。圖2中的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)使用智能傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場智能設(shè)備, 采用數(shù)字信號(hào)傳輸，只需一對線就能將現(xiàn)場信號(hào)傳輸?shù)竭^程級控制計(jì)算機(jī)，它突破了傳統(tǒng)4～20mA模擬傳輸信號(hào)在精度、功能上的限制，能在控制室對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程在線診斷、調(diào)試、操作。由于功能進(jìn)一步分散到現(xiàn)場智能設(shè)備中，使風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步分散，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。