基于PROFIBUS集散控制系统的设计研究

通过分析集散控制系统的不足，提出了在现有集散控制系统基础上融入PROFIBUS的实现方案。根据集散控制系统和PROFIBUS的技术特点,给出了系统的分层体系结构。设计了一种基于PROFIBUS的集散控制系统，详细描述了过程I/O层的网络结构，并分析了系统的实时性、可靠性和经济性等参数指标。这对于解决传统的集散控制系统的不足和实现火电厂的全面信息化有重要的借鉴意义。
集散控制系统（DCS）由于其操作简便、稳定可靠而被广泛地用于生产过程控制领域，其主要特点是管理集中、控制分散。DCS虽然在控制功能上实现了分散，但在物理上仍是集中式控制系统，仍采用传统的集中式I/O系统（见图1）。图1中DCS的信号采用一对一的物理连接，有专门的I/O处理模块和端子板，这造成电厂电缆庞杂，工程周期长，安装调试费用高，维护困难。各DCS制造商通常采用自己定义的专用网络和协议，使不同厂家的设备或系统之间的互联存在很多困难，整个DCS系统成为一个封闭的“信息孤岛”[1]。并且DCS的现场仪表仍采用只能单向传输4～20mA模拟信号,不仅速度慢、精度低、易受到电磁干扰，而且已经越来越成为限制DCS功能发挥的瓶颈。
现场总线是将现场仪表与控制室内仪表连接起来的全数字化、双向、串行通讯网络，它的本质优点在于全数字化，实质性特点是彻底分散，更深层次的优点在于它的开放性[2]。现场总线采用分布式I/O系统（见图2），可以真正的实现控制功能和物理上的全分散性。图2中的PROFIBUS网络使用智能传感器、执行机构等现场智能设备, 采用数字信号传输，只需一对线就能将现场信号传输到过程级控制计算机，它突破了传统4～20mA模拟传输信号在精度、功能上的限制，能在控制室对现场设备进行远程在线诊断、调试、操作。由于功能进一步分散到现场智能设备中，使风险进一步分散，从而提高了系统的安全性和可靠性。