现场总线在控制系统中的设计与应用

　　现场总线控制系统(FCS)是一种全开放、全数字、全分散的新型控制系统，其最显著的特点是设备级数字化。设备状态信号传输至集控室不会造成成本和通讯负荷的增加，并使得设备故障检修变为设备状态维修。FCS具有投资少，设计、安装、调试和运行维护工作量小，易于系统扩展等优点。

　　一、现场总线技术

　　根据国际电工委员会IECl158定义，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、多点通信的数据总线称为现场总线。目前现场总线还未形成统一的标准，应用较广泛的现场总线主要有Profibus总线和基金会现场总线(FF)。

　　(l)FCS突破了传统的可编程逻辑控制器(PLC)、DCS信号"点对点"传输的束缚，通过FCS通讯传输除对实时性数据有一定限制外，对于非实时性的状态、诊断、参数化的数据没有限制。如对于Profibus总线的ProfibuS-DP支路，为了保证控制和过程测量数据的实时性，对循环周期数据通讯系统设置时限制输入和输出均在244个字节内，这对于绝大多数的DP设备是足够的(如电动机控制模块(SIMOCODE)的输入、输出各4个字节，已包含较多的状态信息)，而非循环周期数据通讯则根据设备的不同，能够传送几十到二百多个字节，并且不影响系统的实时性。如SIMOCODE可组态20个字节的非循环周期数据采集。

　　(2)FCS的应用将促进信息管理、设备管理、优化控制等软件的发展。FCS建立了全面、实时的数据信息平台，通过现场总线技术实现的双向数据传输，在生产过程中获得的过程信息量远远大于常规控制系统的状态信息量，为实现状态检修、性能优化控制和管理奠定了更加可靠的数据基础。

　　(3)系统成本低。采用现场总线后，可节省大量传统的I/0卡件、隔离器、控制柜、信号电缆及设备间连接电缆，降低了设备采购及安装、调试费用。如1台电动机控制，在传统的PLC设计中有6个开关量和1个模拟量，需要7条电缆，采用SIMOCIDE-DP后，每一条DP支路上至少可以挂接10台电动机控制和保护单元，则布线数量是传统PLC布线数量的1/70。以1个电磁阀箱装有2个双电控、6个单电控的电磁阀计算，传统PLC设计需要1O个DO及16个DI信号，采用DP远程I/0和阀岛后，l条DP支路按挂接4个电磁阀箱计算(实际可挂接8~10个)，则布线数量只有传统PLC布线数量的1/104。

　　二、工程应用

　　2.1控制系统组成

　　广东河源电厂水网控制系统(主要包括净水站和工业废水2个系统的控制)采用德国西门子公司的 Profibus现场总线技术，设计了由人机界面、PLC、现场总线仪表、现场总线控制设备和驱动设备等组成的控制系统。建立了工业以太网、Profibus-DP、Profi-bus-PA完整的通讯网络，集成了符合Profibus标准的不同公司的产品，实现互联互操作。经工业以太网交换机接口接入水网控制系统后，再接入全厂辅助车间控制网，最终可以实现在中央控制室进行控制。该系统配置见图1。