现场总线Profibus介绍200904

1、1TPRITPRI自动化技术研究中心自动化技术研究中心2TPRITPRI 主主 要要 内内 容容 现场总线技术的基本概念现场总线技术的基本概念 现场总线控制系统的发展现场总线控制系统的发展和现场总线国际标准和现场总线国际标准 适用于过程控制领域的典适用于过程控制领域的典型型FCSFCS简介及应用简介及应用 现场总线控制系统在火电现场总线控制系统在火电厂的应用厂的应用 （FCS） 3TPRITPRI现场总线的产生及定义现场总线的产生及定义现场总线的核心和基础现场总线的核心和基础现场总线的应用领域现场总线的应用领域现场总线通信协议模型现场总线通信协议模型4TPRITPRI现场总线的产生及定义现场总

2、线的产生及定义 工业控制领域不断提高的需求：范围、规模、性能工业控制领域不断提高的需求：范围、规模、性能 控制、管理和决策结合，信息量和实时性要求提高控制、管理和决策结合，信息量和实时性要求提高 4C4C技术（技术（ComputerComputer、ControlControl、CommunucationCommunucation、CRTCRT）的高速发展）的高速发展 国际电工委员会国际电工委员会IEC61158对现场总线定义：对现场总线定义： 安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点的数据总线动控制装置之间的数

3、字式、串行、多点的数据总线称为现场总线。称为现场总线。现场总线是自动化发展的必然产物现场总线是自动化发展的必然产物5TPRITPRI现场总线的核心和基础现场总线的核心和基础 不同类型的总线，其核心是不同的不同类型的总线，其核心是不同的“ 总线协议总线协议”。协议。协议的本质是的本质是“ 标准标准”。 总线协议技术是系统的，有完整的硬件和软件支持，能够总线协议技术是系统的，有完整的硬件和软件支持，能够形成系统和产品。形成系统和产品。 总线协议的标准化是实现开放、互操的前提。总线协议的标准化是实现开放、互操的前提。 遵循统一的总线协议，实现双向数字通信。遵循统一的总线协议，实现双向数字通信。 具有

4、多种智能化功能，增加现场级的信息处理和控具有多种智能化功能，增加现场级的信息处理和控制能力。具有丰富的状态、诊断、参数信息。制能力。具有丰富的状态、诊断、参数信息。6TPRITPRI现场总线控制系统的应用领域现场总线控制系统的应用领域FCS (1) 7TPRITPRI现场总线控制系统的应用领域现场总线控制系统的应用领域 (1) ，快速响应时间。如从，快速响应时间。如从PLC发展的发展的Profibus-DP 8TPRITPRI现场总线通信协议模型现场总线通信协议模型 协议分层：协议分层： 大多数网络软件按分层结构组织。网络体系结构是大多数网络软件按分层结构组织。网络体系结构是指划分层次、每层功

5、能、层间接口及相同层次通信指划分层次、每层功能、层间接口及相同层次通信的协议。的协议。 ISO7498ISO7498标准的标准的OSIOSI分层模型：分层模型：ISOISOOSIOSI标准标准 用于信息技术和邮电通信的国际标准化组织（用于信息技术和邮电通信的国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（制定的开放系统互连（OSI）七层参考模型）七层参考模型第一层：第一层：物理层物理层 第二层：第二层：数据链路层数据链路层第三层：第三层：网络层网络层 第四层：第四层：传送层传送层第五层：第五层：会话层会话层 第六层：第六层：表示层表示层第七层：第七层：应用层应用层 9TPRITPRI现场总线通信协

6、议模型现场总线通信协议模型 现场总线通信协议模型：现场总线通信协议模型： 在在ISOOSI模型的基础进行简化，并增添面向模型的基础进行简化，并增添面向用户的第用户的第8层用户层层用户层物 理 层数 据 链 路 层应 用 层用 户 层网络管理系统管理FBSDDS功 能 块装 置 描 述 服 务10TPRITPRI现场总线通信协议模型现场总线通信协议模型 物理层：物理层：提供机械、电气、功能性和规程性的位流传输提供机械、电气、功能性和规程性的位流传输 数据链路层：数据链路层：提供媒体送取控制和逻辑链路控制提供媒体送取控制和逻辑链路控制 11TPRITPRI 应用层：应用层：提供应用、应用管理和系统

7、管理的分布式信息服务提供应用、应用管理和系统管理的分布式信息服务 用户层：用户层：提供现场智能装置控制功能和互操作性提供现场智能装置控制功能和互操作性 EDDL和和FDT/DTM12TPRITPRI现场总线的国际发展概况和趋势现场总线的国际发展概况和趋势IECIEC国际标准的国际标准的1616类型现场总线类型现场总线13TPRITPRI现场总线的标准化进程现场总线的标准化进程 国际著名现场总线组织国际著名现场总线组织14TPRITPRI适用于电厂过程控制的现场总线适用于电厂过程控制的现场总线基金会（基金会（FFFF）现场总线）现场总线ProfibusProfibus现场总线及应用现场总线及应用

8、EEN o d e b u s AN o d e b u s BEEC O M M P 1 0记录打印机W P 5 1 DW P 5 1 D大屏幕大屏幕F B MD A SF B M配电柜 X 2F B MD A S机组级网络A W 5 1 D工程师站磁带机备用备用备用彩色打印机记录打印机C P 6 0 F T X 4W P 5 1 DW P 5 1 DW P 5 1 D操作员站操作员站操作员站操作员站操作员站F B M继电器柜 X 2 6C O M M P 3 0 X 4吹灰T S I电气保护操作员站W P 5 1 D历史站A W 5 1 E工程师站A W 5 1 DM C SM C SF

9、B MF B MC P 6 0 F T X 4S C SS C SF B MF B MC P 6 0 F T X 5F S S SC P 6 0 F TE C SF B MD E HD E H远程机柜 X 6C P 6 0 F TC P 6 0 F TC P 6 0 F T系统机柜 X 311 11419X 3X 2X 2伺服卡柜彩色打印机联结值长站G P S服务器L H 3 0 0 0远程控制站四管泄露端子柜 X 6位反电源柜X 3火检柜X 115TPRITPRIProfibus现场总线控制系统现场总线控制系统ProfibusProfibus现场总线技术是由离散控制现场总线技术是由离散控制(

10、PLC)(PLC)发展而发展而来。是来。是IEC61158IEC61158现场总线国际标准中的第现场总线国际标准中的第3 3类。类。ProfibusProfibus技术规范技术规范，在在20062006年年1010月经国家标准化月经国家标准化管委会审查通过，成为我国第一个现场总线国家管委会审查通过，成为我国第一个现场总线国家标准：标准：GB/T 20540-2006 ProfibusProfibus产品产品，全球有超过全球有超过250250家公司生产家公司生产15001500多多种产品。种产品。16TPRITPRIProfibus现场总线控制系统现场总线控制系统通信模型：通信模型： 物理层物理

11、层DP、FMS为为RS485传输，传输，9.6k12Mb/s PA为为IEC61158-2传输，总线供电，传输，总线供电，31.25kb/s 数据链路层数据链路层采用一致的总线存取协议：令牌和主从采用一致的总线存取协议：令牌和主从 令牌：主站与主站之间通信令牌：主站与主站之间通信 主从：主站与从站之间通信主从：主站与从站之间通信 用户层用户层实现不同厂家设备的互换和互操性，实现不同厂家设备的互换和互操性， 通用站描述文件通用站描述文件( (GSD)GSD) 电子设备数据文件（电子设备数据文件（EDDLEDDL或或FDT/DTMFDT/DTM） 17TPRITPRIProfibus现场总线控制系

12、统现场总线控制系统运行员监控站MMMMMP r o f i b u s - F M SP r o f i b u s D PP r o f i b u s P AP C SP L CD P / P AL I N K工程师站数据站远程I / O监控站现场级机组单元级厂区管理级图2 . P r o f i b u s 现场总线控制系统典型结构示意图P r o f i b u s P A拓扑结构拓扑结构18TPRITPRIProfibus现场总线控制系统现场总线控制系统 分为二类分为二类 (1) 一类主站一类主站(DPM1)：能能主动地、周期性地与其所组态的主动地、周期性地与其所组态的从站进行数据交

13、换，被动地与二类主站通信。如从站进行数据交换，被动地与二类主站通信。如PLC、控制站、控制站 (2) 二类主站二类主站(DPM2):监控主站，可非周期地与其他主站、监控主站，可非周期地与其他主站、自己的从站通信，如编程器、操作员站等。自己的从站通信，如编程器、操作员站等。 是输入、输出信息采集和发送的外围设备，被动是输入、输出信息采集和发送的外围设备，被动地与主站通信。如通信接口卡、变送器、阀门驱动器、电机地与主站通信。如通信接口卡、变送器、阀门驱动器、电机控制单元、检测仪表等。控制单元、检测仪表等。19TPRITPRIProfibus现场总线控制系统现场总线控制系统Profibus循环周期数

14、据通信循环周期数据通信: :非循环周期数据通信非循环周期数据通信: :20TPRITPRIProfibus现场总线控制系统现场总线控制系统主站和从主站和从站网络结站网络结构构主站通主站通信单元信单元主站主站-仪表、执行机构仪表、执行机构21TPRITPRIProfibus现场总线控制系统现场总线控制系统22TPRITPRI电站控制系统的特殊性电站控制系统的特殊性FCSFCS在电厂应用研究的进展在电厂应用研究的进展玉环电厂水处理玉环电厂水处理FCSFCS简介简介23TPRITPRI 对电站运行可靠性的特殊要求对电站运行可靠性的特殊要求 对新技术、新装置既渴望又保守的矛盾态度。对新技术、新装置既渴

15、望又保守的矛盾态度。 电站电站I/O特点特点 测点密集、现场装置密集、设备立体布置。厂域远小测点密集、现场装置密集、设备立体布置。厂域远小于石油、化工企业于石油、化工企业。 控制功能和控制策略的复杂性控制功能和控制策略的复杂性 火电厂自动化监控的六大系统（火电厂自动化监控的六大系统（DASDAS、FSSSFSSS、MCSMCS、SCSSCS、DEHDEH、ECSECS）；机炉协调控制涉及设备、信息）；机炉协调控制涉及设备、信息量大；汽机控制、量大；汽机控制、SOESOE要求要求msms级响应速度；级响应速度；24TPRITPRI国外电厂国外电厂FCS的应用的应用国内电厂国内电厂FCS的工程应用

16、的工程应用25TPRITPRIProfibusProfibus现场总线系统在德国电厂应用现场总线系统在德国电厂应用 电厂名称：电厂名称： Niederaussem（尼德豪森）（尼德豪森） 容量：容量：1012MW1012MW，超临界，压力，超临界，压力27.0MPa27.0MPa 控制系统：控制系统：DCSDCS与与FCSFCS相结合相结合DCSDCS控制器实现逻辑运算控制器实现逻辑运算、控制策略。变送器、执行器等采用现场总线设备。、控制策略。变送器、执行器等采用现场总线设备。 现场总线设备：变送器现场总线设备：变送器:HART:HART协议协议 气动阀门气动阀门( (电磁阀电磁阀):Prof

17、ibus):Profibus-DP-DP气动阀门定位器：气动阀门定位器：ProbibusProbibus-PA-PA电机起动开关设备：电机起动开关设备： ProfibusProfibus-DP-DP 仪表诊断和管理：仪表诊断和管理：PDMPDM软件软件26TPRITPRIOTOTOTOT/ETOT/DTOSESDSAPFAPFUMAPFUM-FAPTAPAddFEMexternalnetworkwebserverterminal busPlant busPROFIBUS-DPMMCCPositionerAS-interfaceDP/AS-i LinkHART-MUXHART-Bus27TPRI

18、TPRI冗余冗余DP总线连接的总线连接的现场总线阀门现场总线阀门28TPRITPRI现场总线气动电磁阀现场总线气动电磁阀29TPRITPRIDPDP智能电机控制和保护单元智能电机控制和保护单元多种控制方式：正多种控制方式：正/ /反转反转、星、星/ /三角起动三角起动 、变极起变极起动动保护功能：过流保护、过保护功能：过流保护、过热保护；热保护；控制和状态信息：启、停控制和状态信息：启、停状态，电流、温度；状态，电流、温度；诊断信息：硬件、线圈、诊断信息：硬件、线圈、传感器诊断；传感器诊断；30TPRITPRI 连云港新海电厂连云港新海电厂200MW200MW机组，采用了机组，采用了Profi

19、busProfibus-DP-DP接口接口的的SIPOSSIPOS电动调节阀；电动调节阀； 江阴夏港电厂江阴夏港电厂330MW330MW机组及其脱硫、辅助车间的机组及其脱硫、辅助车间的400V400V电电动机采用了动机采用了ProfibusProfibus-DP-DP接口的电机控制和保护单元接口的电机控制和保护单元(SIMOCODE),(SIMOCODE),共共346346台；台； 华能巢湖电厂水处理控制系统、深能源河源电厂水处华能巢湖电厂水处理控制系统、深能源河源电厂水处理控制系统均采用了理控制系统均采用了ProfibusProfibus现场总线控制系统，并现场总线控制系统，并已投入运行；已

20、投入运行； 海门电厂海水脱硫控制系统采用海门电厂海水脱硫控制系统采用ProfibusProfibus和和FFFF现场总现场总线的网络、设备和仪表。线的网络、设备和仪表。国内电厂局部应用现场总线技术国内电厂局部应用现场总线技术31TPRITPRI是国内电厂完整的现场总线控制系统是国内电厂完整的现场总线控制系统 控制器：控制器： PLC（高性能冗余（高性能冗余CPU系统）系统） 现场总线：现场总线：ProfibusProfibus-DP-DP、ProfibusProfibus-PA-PA 现场总线仪表：现场总线仪表：DPDP超声波液位计、超声波液位计、PAPA压力压力/ /差压变送器差压变送器、P

21、APA磁翻板液位计磁翻板液位计 现场总线设备：现场总线设备：DPDP气动电磁阀气动电磁阀( (阀岛阀岛) )、DPDP智能电机控智能电机控制和保护单元制和保护单元(SIMOCODE) (SIMOCODE) 、DPDP变频器变频器 信息和管理软件：自主开发中文界面的诊断和管理软信息和管理软件：自主开发中文界面的诊断和管理软件对仪表进行远程诊断、参数设定等；件对仪表进行远程诊断、参数设定等；PDMPDM软件对变送软件对变送器、器、CIMOCODECIMOCODE进行远程参数化、调试等。进行远程参数化、调试等。32TPRITPRI以太网卡以太网卡以太网卡以太网卡工业废水系统化学补给水系统操作员/工程

22、师站操作员站操作员站打印共享器Y-LINKY-LINKY-LINKY-LINK冗余Profibus-DP光环冗余Profibus-DP光环DP/PADP/PADP支路PA支路PA支路DP支路DP支路DP支路光纤光纤激光打印机彩喷打印机33TPRITPRI 变送器窗口变送器窗口 超声波液位计窗口超声波液位计窗口应用应用FCSFCS的核心是现场设备信息的利用的核心是现场设备信息的利用34TPRITPRI操作员站的现场总线设备信息画面操作员站的现场总线设备信息画面35TPRITPRI操作员站的现场总线设备信息画面操作员站的现场总线设备信息画面36TPRITPRI华能玉环电厂水网控制室华能玉环电厂水网控制室3