现场总线技术_201305

1、西安热工研究院有限公司自动控制技术中心西安热工研究院有限公司自动控制技术中心 管理决策层：管理决策层：MIS、DSS管控一体化层管控一体化层：SIS、仿真、仿真生产过程监控层生产过程监控层：DCS、FCS现场总线设备现场总线设备数字化电厂的模型结构：数字化电厂的模型结构：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现场总线的基础智能现场装置现场总线的基础智能现场装置 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。 具有多种智能化功能，增加现场级的信息处理和控制能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。力。

2、具有丰富的状态、诊断、参数信息。现场总线技术与现场总线技术与IT技术的区别技术的区别实实 时时 性性：FCSFCS响应时间响应时间0.010.012s2s；ITIT网络响应时间网络响应时间2 26s6s, , 大多可忽略实时性。大多可忽略实时性。通信通信方式方式：FCSFCS网络使用相对固定的方式（广播和多组）网络使用相对固定的方式（广播和多组）； IT IT网络只建立暂时的一对一方式。网络只建立暂时的一对一方式。环境环境要求要求：FCSFCS网络在恶劣环境下数据传输的完整性，网络在恶劣环境下数据传输的完整性，要求要求 本质安全性能本质安全性能( (防爆防爆) )；ITIT网络无严格要求。网络

3、无严格要求。 通通 信信 量量：FCSFCS通信量小，通信量小，ITIT网络通信量大，只是信息流。网络通信量大，只是信息流。可可 靠靠 性性：FCSFCS网络采用严格的通信差错检测和控制；网络采用严格的通信差错检测和控制；ITIT网网 络要求较低。络要求较低。 类型类型技术名称技术名称类型类型技术名称技术名称Type1TS61158 现场总线现场总线Type11 TCnet 实时实时以太网以太网Type2CIP 现场总线现场总线Type12 EtherCAT 实时实时以太网以太网 Type3Profibus 现场总线现场总线Type13 EthernetPowerlink实时以太网实时以太网T

4、ype4P-NET 现场总线现场总线Type14 EPA 实时实时以太网以太网Type5FF HSE 高速以太网高速以太网Type15 Modbus-RTPS 实时实时以太网以太网Type6SwiftNet 被被撤销撤销Type16 SERCOS I、II 现场总线现场总线Type7WorldFIP 现场总线现场总线Type17 VNET/IP 实时实时以太网以太网Type8INTERBUS 现场总线现场总线Type18 CC_Link 现场总线现场总线Type9FF H1 现场总线现场总线Type19 SERCOS III 实时实时以太网以太网Type10PROFINET 实时以太网实时以太

5、网Type20 HART 现场总线现场总线ISO OSI应用7表示6会话5传送4网络3数据链路2物理1功能块功能块FBS装置描述服务装置描述服务DDS系系统统管管理理应用层（7）网络管理3-6层不同数据链路层（2）物理层（1）用户层用户层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

6、 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 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

7、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 1MMMM现 场 总 线 网 间 连 接 器（ 高 速 以 太 网 H S E ）H2H1H1H1H1H1运 行 员 监 控 站计 算 站图 1 . F F 现 场 总 线 控 制 系 统 典 型 结 构 示 意 图FF-H1网络拓扑示意网络拓扑示意在在DCS或或PLC的基础上，部分仪表、执行机构采用现场总线通的基础上，部分仪表、执行机构采用现场总线通信方式与控制器信方式与控制器(CPU)交换数据，并包含状态、诊断、统计、交换数据，并包含状态、诊断、统计、参数化等信息。利用这些信息实现设备诊断、维护、管理等功

8、参数化等信息。利用这些信息实现设备诊断、维护、管理等功能。为能。为区别于常规的区别于常规的DCS、PLC，称为，称为FCS。当前当前FCS特点：特点： 人机界面人机界面(上位机上位机)结构及控制功能与结构及控制功能与DCS、PLC系统相同；系统相同； 常规常规I/O与现场总线通信方式并存；与现场总线通信方式并存； 设备诊断、维护、管理软件。设备诊断、维护、管理软件。就地就地光缆光缆(10 km)Profibus PA (1900 m, 31.25 kbps)Profibus DP (400 m, 500 kbps)DCS现场通讯柜现场通讯柜现场总线控制系统的总体结构现场总线控制系统的总体结构现

9、场总线仅依靠两芯电缆以数字信号方式与链路上所有的现场设现场总线仅依靠两芯电缆以数字信号方式与链路上所有的现场设备进行数据交换备进行数据交换, ,替代传统硬接线点到点以模拟信号方式替代传统硬接线点到点以模拟信号方式(4-20 (4-20 mA/0-10V/DC24VmA/0-10V/DC24V) ) 监控现场监控现场设备设备。Profibus DCSDP传统传统 DCS传统传统IO模件模件 A/D转换转换现场接线盒现场接线盒传统接线端子块传统接线端子块端子柜端子柜/继电器柜继电器柜Can you already see the benefits of Profibus?DP现场设备：现场设备：类

10、型类型数量数量AUMAAUMA电动执行机构电动执行机构1414EMGEMG电动执行机构电动执行机构116116SIPOS_5SIPOS_5电动执行机构电动执行机构133133ROTORKROTORK电动执行机构电动执行机构4747电机控制和保护单元电机控制和保护单元SIMOCODESIMOCODE4646SWANSWAN电导率仪电导率仪2 2合计合计358358PA现场设备：现场设备：类型类型数量数量ABBABB气动定位器气动定位器248248SIPARTSIPART气动定位器气动定位器4848SITRANS_P_DSIII_PASITRANS_P_DSIII_PA压力变送器压力变送器1621

11、62SITRANSSITRANS差压变送器差压变送器136136MAGNETROLMAGNETROL导波雷达液位计导波雷达液位计1010ABBABB温度变送器温度变送器1717ROSEMOUNTROSEMOUNT压力变送器压力变送器8 8合计合计629629工工 艺艺 系系 统统数数 量量工工 艺艺 系系 统统数数 量量锅炉疏放水系统锅炉疏放水系统3838汽机蒸汽系统汽机蒸汽系统7 7锅炉放气系统锅炉放气系统1212凝结水及补水系统凝结水及补水系统1010锅炉汽水系统锅炉汽水系统1818凝汽器循环水系统凝汽器循环水系统1010暖风器疏水系统暖风器疏水系统5 5闭式循环冷却水系统闭式循环冷却水系

12、统3 3锅炉烟风系统锅炉烟风系统9494给水系统给水系统1414抽汽系统抽汽系统2323脱硫公用脱硫公用9 9辅助蒸汽系统辅助蒸汽系统1919发电机氢油水发电机氢油水1 1轴封蒸汽系统轴封蒸汽系统3 3制粉系统制粉系统3434间冷系统间冷系统126126系系 统统控制器对数控制器对数现场总线设备数量现场总线设备数量锅炉补给水系统锅炉补给水系统5 5165165凝结水精处理系统凝结水精处理系统8 8230230生活污水系统生活污水系统1 12525煤水系统煤水系统2 22323除灰系统除灰系统3 32727系统空调系统空调1 10 0综合泵房系统综合泵房系统1 11616输煤系统输煤系统9 99

13、393合计合计3030海水脱硫系统海水脱硫系统FCSFCS投投运运 华能海门电厂华能海门电厂2 21000MW1000MW机组海水脱硫系统设计机组海水脱硫系统设计8 8个个Profibus-Profibus-DPDP网段，连接网段，连接6767台设备；台设备；6 6个个FF-HFF-H1 1网段，连接网段，连接4040台仪表。台仪表。湿法脱硫系统湿法脱硫系统FCSFCS投运投运 国华宁海电厂国华宁海电厂2 21000MW1000MW机组脱硫硫系统控制中采用机组脱硫硫系统控制中采用ProfibusProfibus现场总线现场总线, ,现场总线设备共现场总线设备共418418台，其中电动执行机构台

14、，其中电动执行机构233233台，台，变送器变送器7676台，低压电气设备台，低压电气设备8787台，其他仪表台，其他仪表2222台。台。u神华胜利电厂全厂主辅控神华胜利电厂全厂主辅控FCSFCS（采用（采用PROFIBUSPROFIBUS）u广东南海石油化工汽电联产广东南海石油化工汽电联产FCSFCS（采用（采用FFFF）u南京金陵电厂三期联合循环机组（采用南京金陵电厂三期联合循环机组（采用FF+PROFIBUSFF+PROFIBUS）现场总线变送器现场总线变送器现场总线执行机构现场总线执行机构1 1. . 设计阶段设计阶段：现场总线设备范围设计、网段设计、设备地理位：现场总线设备范围设计、

15、网段设计、设备地理位置和现场总线网络拓扑设计。置和现场总线网络拓扑设计。2. 2. 设备采购阶段设备采购阶段：自动化控制系统、主机和重要辅机：自动化控制系统、主机和重要辅机配套现场配套现场总线设备的招标、采购。总线设备的招标、采购。3. 3. 系统集成和组态阶段系统集成和组态阶段：现场总线设备互连互操验证、现场总：现场总线设备互连互操验证、现场总线网络和设备组态、现场信息组态。线网络和设备组态、现场信息组态。4. 4. 安装阶段：安装阶段：通信光纤和电缆规范敷设、通信器件规范安装、通信光纤和电缆规范敷设、通信器件规范安装、现场总线设备调校。现场总线设备调校。5. 5. 调试阶段：调试阶段：通信

16、网络调试、通信故障排查。通信网络调试、通信故障排查。6. 6. 运行阶段运行阶段：现场总线信息利用、维护及管理现场总线信息利用、维护及管理软件软件使用。使用。设设相对集中的主相对集中的主/辅机的温度测点，采用远程辅机的温度测点，采用远程I/O或智或智能前端、或带有能前端、或带有PA总线接口的温度测量智能装置总线接口的温度测量智能装置凡涉及保护和重要联锁的凡涉及保护和重要联锁的420mA信号采用具有信号采用具有HART协议的常规协议的常规 I/O模件模件系统中检测同一工艺参数的系统中检测同一工艺参数的2个或个或3个测点，个测点，分别接入不同的现场总线分支；对于对称配置（运分别接入不同的现场总线分

17、支；对于对称配置（运行行/备用）的设备，连接在不同的网段备用）的设备，连接在不同的网段PROFIBUS-PROFIBUS-DPDP现场总线在现场总线在DCSDCS控制站与现场通信箱间采用冗余控制站与现场通信箱间采用冗余方式。方式。要充分考虑现场总线通信接口及现场仪表要充分考虑现场总线通信接口及现场仪表的维修的方便性。即挂接在同一分支的设备故障的维修的方便性。即挂接在同一分支的设备故障维修，将不影响挂接在这一分支的其他设备的正维修，将不影响挂接在这一分支的其他设备的正常运行。常运行。对于同一对象的不同参数现场总线仪表，接到现场对于同一对象的不同参数现场总线仪表，接到现场总线的同一网段总线的同一网

18、段。每个每个PROFIBUS-DP总线网段通信速率不宜过高，总线网段通信速率不宜过高，500k bit/s较适宜，既能够满足绝大多数对象的实较适宜，既能够满足绝大多数对象的实时性要求，也具有较好的抗干扰能力时性要求，也具有较好的抗干扰能力每个每个PROFIBUS-DP总线子网段连接设备数量：不总线子网段连接设备数量：不多于多于15个个每个每个PROFIBUS-PA总线子网段连接设总线子网段连接设备数量：备数量： 不多于不多于18个。个。每个每个DP主站与现场通信箱之间距离超过主站与现场通信箱之间距离超过100m，或，或主站与现场通信箱在不同建筑物安装时，应采用光主站与现场通信箱在不同建筑物安装

19、时，应采用光缆连接缆连接 西安热工院自主研发西安热工院自主研发, ,具有自主知识产权的现场具有自主知识产权的现场总线总线设备监控设备监控管理系统管理系统（FDMS） ，将，将现场总线设现场总线设备的丰富设备信息，直接全面的反映出来，是面向备的丰富设备信息，直接全面的反映出来，是面向机组级的、为检修和维护人员提供监控管理设备的机组级的、为检修和维护人员提供监控管理设备的平台，实现了对现场设备运行进行实时监视、统计平台，实现了对现场设备运行进行实时监视、统计分析、故障维修分析、故障维修/ /维护及历史数据管理等功能，是一维护及历史数据管理等功能，是一个实时的闭环管理系统个实时的闭环管理系统。已经在

20、华能秦岭电厂投运。已经在华能秦岭电厂投运。现场总线设备监控现场总线设备监控管理系统管理系统-FDMSFDMS系统系统-FDMSFDMS系统主要功能和性能系统主要功能和性能1.1.开放的数据功能：开放的数据功能：采用国际标准采用国际标准OPCOPC通信协议，接受来自任何通信协议，接受来自任何控制系统控制系统 现场总线设备以及常规设备数据。现场总线设备以及常规设备数据。2.2.大容量数据库和实时性：大容量数据库和实时性：可实时管理可实时管理1 1万台设备万台设备( (或者或者5050万设万设备数据点备数据点) )，设备状态及诊断数据计算刷新周期，设备状态及诊断数据计算刷新周期3 3秒钟。秒钟。3.3.故障诊断：故障诊断：诊断故障设备、通信网络。诊断故障设备、通信网络。4.4.维护指导：维护指导：由经验丰富的工程师归纳和总结的诊断信息，以由经验丰富的工程师归纳和总结的诊断信息，以及相对应的维护指导。及相对应的维护指导。通过统计信息通过统计信息随时都可以了随时都可以了解工程中总线解工程中总线设备的数量设