基于PROFIBUS集散控制系統(tǒng)的設計研究

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)基礎上融入PROFIBUS的實現(xiàn)方案。根據集散控制系統(tǒng)和PROFIBUS的技術特點,給出了系統(tǒng)的分層體系結構。設計了一種基于PROFIBUS的集散控制系統(tǒng)，詳細描述了過程I/O層的網絡結構，并分析了系統(tǒng)的實時性、可靠性和經濟性等參數(shù)指標。這對于解決傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)的不足和實現(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過程控制領域，其主要特點是管理集中、控制分散。DCS雖然在控制功能上實現(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，安裝調試費用高，維護困難。各DCS制造商通常采用自己定義的專用網絡和協(xié)議，使不同廠家的設備或系統(tǒng)之間的互聯(lián)存在很多困難，整個DCS系統(tǒng)成為一個封閉的“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,不僅速度慢、精度低、易受到電磁干擾，而且已經越來越成為限制DCS功能發(fā)揮的瓶頸。
現(xiàn)場總線是將現(xiàn)場儀表與控制室內儀表連接起來的全數(shù)字化、雙向、串行通訊網絡，它的本質優(yōu)點在于全數(shù)字化，實質性特點是徹底分散，更深層次的優(yōu)點在于它的開放性[2]?，F(xiàn)場總線采用分布式I/O系統(tǒng)（見圖2），可以真正的實現(xiàn)控制功能和物理上的全分散性。圖2中的PROFIBUS網絡使用智能傳感器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場智能設備, 采用數(shù)字信號傳輸，只需一對線就能將現(xiàn)場信號傳輸?shù)竭^程級控制計算機，它突破了傳統(tǒng)4～20mA模擬傳輸信號在精度、功能上的限制，能在控制室對現(xiàn)場設備進行遠程在線診斷、調試、操作。由于功能進一步分散到現(xiàn)場智能設備中，使風險進一步分散，從而提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。