摘要：现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用。为此本文阐述了现场总线的发展和多现场总线技术的应用。
关键词：现场总线；Profibus—DP；数据采集；转化器
一、现场总线技术简介
现场总线就是应用在生产现场，在微机化测控设备之间实现双向串行多节点数字化通讯的系统，也称开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。基于现场总线技术的控制系统具有如下特点：（1）具有很好的开放性。基于同一种现场总线协议的不同厂家的设备可互连；（2）具有智能化和功能自治性；（3）具有高可靠性。可构玉成分散性的体系结构．进步了控制系统的可靠性和抗干扰能力；（4）具有明显的经济性。基于现场总线技术的控制系统可节省硬件投资和安装用度。
现场总线的首批产业化产品1987年诞生在Device Net．其后，全世界存在或曾经存在过200余种各种现场总线，1994年9月致力于同一现场总线标准的现场总线基金会组织FF成立，但由于历史和利益等方面的原因 1999年才迟迟通过的IEC61158共规定了8种现场总线作为国际标准，它们分别是FF—H1、Control Net、Profibus、Interbus、P—Net、World—FIP、SwiflNet及FF—HSE。
Profibus是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，包含3种类型．即Profibus—DP、Profibus—FMS和Profibus—PA 该总线技术是以西门子公司为主的德国公司和研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层和应用层（FMS），传输速率为9．6 kbps～12 Mbps，单段传输间隔为100～1 200 m．传输介质为屏蔽双绞线．也可以是同轴电缆和光纤。拓扑方式有线形、星形和混合形3种，一条链路最多可挂接127个站点．并可实现总线供电和本质安全防爆。Profibus现场总线协议的会员单位已有1 000多家，支持该标准的产品有2 000余种， 市场占有率已达20％ 左右。Profibus是世界上最成熟、市场占有率最高的一种现场总线。
二、Profibus的传输技术
1、DP/FMS的RS-485传输技术
RS-485传输过程是建立在半双工、异步、无间隙同步化的基础上，数据的发送采用NRZ编码，这种传输技术通常称之为H2。网络连接如图1所示，所有设备都连接在总线上，每个总线段的两头均有一个终端电阻。两个总线终端电阻必须要有电源。传输介质采用双绞屏蔽电缆。每个总线段最多可以连接32个站，站数超过32个则需要使用中继器来连接各个总线段。使用中继器时最多可用到127个站，串联的中继器一般不超过3个。插头连接采用9针、D型插头，插座被安装在设备上。传输速率在9.6～12 Mbps之间选择。总线的最大传输距离取决于传输速率，范围为：100～1000 m。
2、DP/FMS的光纤传输技术
在电磁干扰很大的环境，可使用光纤传输技术。光纤电缆对电磁干扰不敏感并能保证总线上站与站的电气隔离。现在的低损耗玻璃光纤相对于早期发展的传输介质，几乎不受带宽限制且传输距离远、衰减小。光学传输系统由三个基本部分构成：光发送机、光缆和接收光信号的光接收机。
3、PA的IEC1158-2传输技术
IEC1158-2传输技术是一种位同步协议，通常称为H1，采用曼彻斯特编码，每段只有一个电源作为供电装置，当站收发信息时，不向总线供电。数据传输采用数字式、位同步、曼彻斯特编码；传输速率为31.25 Kbps，数据可靠性采用起始和终止限定符避免误差；传输介质采用屏蔽双绞线电缆，也可以采用非屏蔽式双绞线电缆；远程电源供电为可选附件，可通过数据总线供电；站点数每段最多有32个站；使用中继器最多可到127个站；拓扑结构采用总线型、树型或混合型网络拓扑结构。
三、基于Profibus—DP现场总线技术的VCM转化器数据采集系统
1、改造前的情况
本公司原采用“热电偶+补偿导线+多通道数显仪表”模式对VCM转化器温度进行监测，这种模式有如下缺点：
（1）占地面积大。几十台转化器的温度显示仪表柜共有4面，占据了半个控制室；（2）数据显示不精确，且历史数据无记录。丈量误差不确定，偏差大的超过l0度，给分析转化器的运行状态造成困难；（3）工艺消耗高。由于不能及时发现转化器触媒失效而造成VCM中乙炔含量偏高，精馏塔低塔的尾排量增加，造成电石消耗升高；（4）安装和维护本钱高。减少补偿导线70％以上。因此，2005年8月该公司扩产PVC生产能力时用现场总线技术对转化器温度丈量系统进行了同步改造，2年来该系统始终运行良好。
2、改造后情况
共有32组转化器和1套除汞制酸装置，所有的温度、压力等信号都从就近的现场总线数据采集箱进网，用2根双绞线电缆连到100 m外控制室的DCS系统上进行集中显示和处理．现场总线长度为300 m，网络速率为500 kbps。
需要说明的是，由于现场总线数据采集箱需要安装在转化器现场，而现场的环境很恶劣，接近露天，且有氯气、氯化氢等腐蚀性气体，因此，对采集箱的防护设计要求很严格．密封等级要达到IP54：要设计电伴热系统；要充氮气或仪表空气，使箱体内为正压。每台转化器共丈量l0点触媒温度和1点回水温度，每个数据采集箱负责六七台化器的数据采集，这样，每个数据采集箱中都安装了9～11个10模块（均为八路），其中热电耦模块8～l0个，热电阻模块1个，24 VDC 5 A模块化电源1个。
32台转化器的352点温度信号（其中热电阻信号32个）和除汞制酸的l7个信号共369个测点信号通过6个现场总线数据采集箱就近进网，这些模拟量信号通过安装在现场采集箱里的智能10模块变成数字量信号后通过Profibus—DP现场总线传至控制室的DCS系统。
基于现场总线的控制系统可进一步处理这些数据，如：每台转化器经过往坏值（测温元件故障）处理后求出天天的最大温度值、最小温度值和均匀温度值，并把这些数据保存1年以上，历史数据又以曲线的方式更加直观地显示出来，使操纵职员可以很方便地分析转化器的运行状态。
四、结语
转化器经过基于Profibus—DP现场总线技术的温度数据采集系统改造后，彻底摆脱了测温不准、无历史数据、不好分析转化器运行状态等被动局面，操纵职员可以根据温度变化趋势及时发现并处理转化率低的转化器，使转化器能够始终运行在比较优化的状态中，明显减少了精馏塔尾排量，降低了电石消耗，同时节省电缆用度30余万元，取得直接和问接经济效益近200万元。
参考文献
[1] 郭琼.现场总线技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2014.
[2] 张扬.S7-200PLC原理与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
[3] 龚仲华.S7-200/30/400PLC应用技术―― 提高篇[M].北京：人民邮电出版社，2008.
论文作者:王明真,丁英杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：现场总线论文; 温度论文; 现场论文; 总线技术论文; 最多论文; 数据论文; 信号论文; 《电力设备》2017年第14期论文;