现场总线控制系统在张士第二净水厂普通快滤池的应用
日期：2006-4-28 10:20:52 来源：本文摘自《PLC&FA》
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70年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高;但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统(如集散控制系统)无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。
现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络。现场总线控制系统(Field Control System, FCS)定义为:由各种现场仪表通过互连与控制室内人机界面所组成的系统;一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的生产过程自动控制系统。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。
目前，现场总线技术已经用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络中。作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场与控制设备之间的联系外，还连接着更高控制管理层。因此，它不仅是一个基层网络, 而且还可构成一种开放式、新型全分布控制系统, 即集智能、传感、控制、计算机、数字通信技术于一身的控制系统。正由于这些特点，以现场总线作为技术支撑的FCS在工业自动化领域有明显的优势，如很高的精确性、设计组态简单、扩展安装方便、易于维护、节省软硬件投资等。它被公认为第五代控制系统，成为当今工业自动化发展的必然趋势。
进行张士净水厂普通快滤池设计时，选用现场总线作为控制系统支撑技术。基于现场总线的张士净水厂普通快滤池自动控制系统，应达到如下要求:
(1) 系统具有较高的可靠性;
(2) 张士净水厂普通快滤池设计以全自动化，无人值守为目标;
(3) 具有自动故障诊断和故障处理功能;
(4) 具有远程监控功能;
(5) 系统具有较强的开放性，能与全厂计算机控制系统实时交换信息。
目前国际上现有总线及总线标准不下200种,最具代表性的现场总线是PROFIBUS(Process Fieldbus)。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，1989年成为德国标准DIN19245，1996年成为欧洲标准EN50170，1999年12月被接受为国际标准IEC61158的一部分。用于工厂自动化系统三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通信与控制;使用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。
经过对几家现场总线性能价格认真比较，本系统采用PROFIBUS总线网络作为支撑网络。系统内控制装置采用采用SIEMENS公司的S7-300系列和S7-200系列PLC两种，分级控制着现场及车间设备运行。
2.2 PROFIBUS网络特性
PROFIBUS网络特性图如图1所示:
PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
PROFIBUS-DP基本功能和特性如下:
(1) 远程离高速通信
支持9.6Kbps到12Mbps的传输速率;12Mbps时最大传输距离为100m，1.5Mbps时为200m，另外还可以用中继器延长。
(2) 分布式结构
各主站间令牌传递，主站与从站为主-从传送;每段可有32个站，用连接线可扩展到126个站。
1 引言
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70年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高;但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统(如集散控制系统)无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。
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现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络。现场总线控制系统(Field Control System, FCS)定义为:由各种现场仪表通过互连与控制室内人机界面所组成的系统;一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的生产过程自动控制系统。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。
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目前，现场总线技术已经用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络中。作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场与控制设备之间的联系外，还连接着更高控制管理层。因此，它不仅是一个基层网络, 而且还可构成一种开放式、新型全分布控制系统, 即集智能、传感、控制、计算机、数字通信技术于一身的控制系统。正由于这些特点，以现场总线作为技术支撑的FCS在工业自动化领域有明显的优势，如很高的精确性、设计组态简单、扩展安装方便、易于维护、节省软硬件投资等。它被公认为第五代控制系统，成为当今工业自动化发展的必然趋势。
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2 现场分析及PROFIBUS特性WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
2.1 现场分析
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进行张士净水厂普通快滤池设计时，选用现场总线作为控制系统支撑技术。基于现场总线的张士净水厂普通快滤池自动控制系统，应达到如下要求:
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(1) 系统具有较高的可靠性;
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(2) 张士净水厂普通快滤池设计以全自动化，无人值守为目标;
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(3) 具有自动故障诊断和故障处理功能;
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(4) 具有远程监控功能;
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(5) 系统具有较强的开放性，能与全厂计算机控制系统实时交换信息。
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目前国际上现有总线及总线标准不下200种,最具代表性的现场总线是PROFIBUS(Process Fieldbus)。PROFIBUS是由SIEMENS公司推出的一种开放式现场总线标准，1989年成为德国标准DIN19245，1996年成为欧洲标准EN50170，1999年12月被接受为国际标准IEC61158的一部分。用于工厂自动化系统三级网络中的底层，即车间级监控和现场设备层数据通信与控制;使用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。
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经过对几家现场总线性能价格认真比较，本系统采用PROFIBUS总线网络作为支撑网络。系统内控制装置采用采用SIEMENS公司的S7-300系列和S7-200系列PLC两种，分级控制着现场及车间设备运行。
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2.2 PROFIBUS网络特性
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PROFIBUS网络特性图如图1所示:
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图1 PROFIBUS 网络特性
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PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
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PROFIBUS-DP基本功能和特性如下:
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(1) 远程离高速通信
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支持9.6Kbps到12Mbps的传输速率;12Mbps时最大传输距离为100m，1.5Mbps时为200m，另外还可以用中继器延长。
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(2) 分布式结构
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各主站间令牌传递，主站与从站为主-从传送;每段可有32个站，用连接线可扩展到126个站。
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