摘 要:文章介紹了PROFIBUS現場總線的有關慨念及技術協議，闡述了其在水處理工藝控制中的實際應用

關鍵詞:PROFIBUS 現場總線 自控

引言：

現場總線控制技術因其巨大的技術優勢，已在各個領域如機械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應用。近年來在自來水行業的應用也越來越普遍，基于現場總線的水廠自動化控制系統，它采用了計算機數字化通信技術，使水處理工藝過程參數及設備加入到信息網絡，成為企業信息網絡的底層，這樣公司級信息溝通的覆蓋范圍便一直延伸到了生產現場。在CIMS系統中，現場總線是水廠計算機網絡到現場級設備的通道，是支撐現場級與水廠級信息的技術基礎。

1.現場總線技術簡介

（1）現場總線控制系統是近十幾年發展起來的，它被認為是工業控制系統發展的必然趨勢。它主要解決了傳統控制系統信息量有限集成能力不強，開放性差，可靠性不易保證，電纜敷設量大，更不能完全滿足CIMS系統對底層數據的要求等問題。

（2）目前世界流行的現場總線及總線標準有很多種，其中PROFIBUS現場總線是歐洲標準，其產品在世界市場上已被普遍接受，在中國也組建了PROFIBUS現場總線專業委員會，它是目前世界上最成功的現場總線之一，長沙八水廠自控系統便是采用了該總線。

（3）現場總線PROFIBUS協議由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三個兼容部分組成。采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層、應用層，支持主從系統、純主系統、多主多從系統通信方式。主站對總線具有控制權，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權，取得控制權的主站可向從站發送、獲取信息。DP型用于高速數據傳輸，尤適用于設備級控制系統與分散式I/0的通信：FMS為現場信息規范，適用于廠站級監控網絡，是一個令牌結構、實時多主網絡；PA則是用于過程自動化的總線類型。

（4）PROFIBUS FIELDBUS網絡構成的幾種型式

A總線接口型：它采用分散式I/O作為總線接口與現場設備連接，適應于現場設備多又相對集中且不具備PROFIBUS接口的情況。

B單一總線型：當所有的現場設備都具有PROFIBUS接口時，用總線把它們連接起來實現完全的分布式結構，當然這時的設備成本會較高。

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把現場設備連到總線上，又可把帶總線接口的設 備連到總線上，是一種非常靈活的集成方案。

2.水廠自控系統現場總線結構型式

以PLC為一類主站，PC機監控為二類主站連接至PROPmU5總線上，二類主站可完成遠程編程、參數化及在線監控功能等。

現場總線PROFIBUS控制系統的結構形式配置，需根據現場設備是否具備PROFIBUS接口及系統本身的實際需要來確定，下圖為八水廠PROFIBUS控制系統網絡結構圖。

選擇該網絡構成形式，其理由如下：

1）八水廠處理生產工藝流程的各個環節，環節與環節之間、環節內部需檢測的參數與各個現場被控設備之間都相對比較分散，且項目（系統）對各個工藝環節的數據集成有較高的要求，除要達到遠程操作、診斷、監控、參數化功能外，還必須為CM賜系統提供豐富的現場設備及生產數據，為全公司的信息系統提供重要的底層數據。而恰到好處的解決這些問題正是現場總線技術的最大優勢。

2）為確保實際應用項目（系統）的成功實施，現場總線PROFIBUS的一些關鍵性技術能否在水行業得到正常應用，主要是看它在本行業是否有應用先例，經過調研，確認PROFIBUS不僅在制造、電力等方面，在水行業也已有成功的應用，且有相當的業績。

3）根據水處理工藝流程，現場總線PROFIBUS將PLC分為四個工作站，一泵房站、二泵房站、加藥站、濾池站及中心控制室、廠長室，并設置為主站，而加藥和濾池主站則配置為分別帶有8個和12個智能型VO從站的PLC。對四個PLC工作主站，考慮到系統功能的要求及用戶的需要，每站分別配置了一臺計算機和網卡作監控主站。

3.系統配置及設備選型

系統采用PROFmUS現場總線的典型應用產品，SIEMENS公司產品。

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DP和一個MPI接口，速率為9.6kbit/s12mbit/s，數據傳輸距離1200M，可連接I/0數目：DI/DO1024AI/AO128
b）選擇CP343-5通信處理器，將PLC連接到BROFIBUS上，數據傳輸速率為9.6K，1.5MBT/S。
c）選擇PC機加BROFIBUS網卡作過程監控的二類主站。
2）從站選擇

選擇S7-200系列的CPU215-2DP為智能型I/O從站，最大數據傳輸速率為12M，本身帶有14DI/10DO，亦可擴展到62DV58DO或12AV4AO。

4.系統控制要求及控制方案的實現

1）為使水處理工藝各個環節的生產數據和生產現場設備在調度控制中心被實時監視控制，廠調度室和廠長室都配有一臺惠普電腦連接至BROFIBUS現場總線上，通過WIHNCC組態圖形軟件既能監視各站點生產狀況，又能控制操作現場設備的各種狀態，達到非常理想的集中控制功能。

2）為了維護方便、操作靈活對各個PLC站點的設備均設置有手動、鍵控和全自動控制方式。一泵房PLC通過PROFIBUS接受二泵房PIE采集的清水池水位，出廠水流量等數據，對一泵房機組進行全自動閉環控制，二泵房則通過網絡根據調度室確定的指令及流量、壓力、設備狀況進行自動控制。

3）濾池控制PIE站點，在控制室柜中裝有西門子CPU315PLC，在每格濾池操作臺內裝有西門子CPU215-2DPPLC，它們之間通過DP端口利用屏蔽雙絞線連接在一起，構成PROFIBUS——DP總線，其中S7-300是主站，其它12臺S7-200是從站，實現對濾池的全自動反沖洗。

4）加礬加氯及桁車、反應池排泥站點，在控制室柜中裝有西門子CPU315PLC為主站，在桁車、反應池排泥處裝有S7-200PLC為從站，共8臺，它們之間連成PROFIBUS-DP總線，使桁車排泥按時段進行全自動工作，加礬按流量比例前饋、SCD反饋控制，加氯按流量比例、余氯反饋閉環控制。

5.結束語

PROFIBUS現場總線在八水廠自控系統中建立以來，經調試，運行穩定正常。現場總線作為工業控制網絡愈來愈在工業控制系統中發揮出獨特的優勢作用。如今雖有觀點認為，隨著計算機通訊技術的發展，以太網（TCP/IP）可能取代現場總線，但至少從目前來看要全面取而代之，還存在著很多困難。

參考文獻

1.現場總線（PR0FIBUS）技術應用指南 作者：唐濟揚