摘要：目前国内电厂的控制系统中较少使用ProFibus总线系统，部分电厂即使采用总线控制方式，大多应用在要求较低的辅控系统中，我厂在主机及辅控系统中均大量采用总线设备，总线系统是数字化、主从站串联多点通信的控制系统，与传统的模拟量控制系统存在较大差异，在日常维护、故障处理过程中有许多注意事项，本文通过对ProFibus现场总线系统的介绍，简要阐述总线控制系统的基本原理，并总结维护过程中积累的使用经验，可以为ProFibus现场总线技术在电厂的应用推广提供一些参考。
关键词：ProFibus现场总线，电厂
1 ProFibus现场总线系统简介
随着计算机技术的发展，工业生产逐渐信息化、数字化、智能化，并出现多种总线技术协议，德国西门子制定的ProFibus现场总线标准协议就是其中使用较为广泛的一种，我们目前采用的是国电智深提供的EDPF控制系统，其控制系统兼容现场总线技术标准，可组态使用符合总线协议的仪器仪表。ProFibus包含ProFibus -FMS、ProFibus -DP 、ProFibus- PA 这3个兼容子系统，我厂目前在现场生产中组合使用DP和PA系统构建总线控制网络。
DP网络用于控制电动执行机构，电气马达控制器、阀岛等动作机构，采用RS485通讯传输技术，使用屏蔽双绞线铜质电缆，具有结构简单、价格便宜、通讯速率快等优点。
PA网络用于温度压力变送器、 流量计、定位器等测量仪表。采用MBP传输技术，使用电缆为本质安全型，可用于易燃易爆区域。PA网络电缆为总线供电，传输数据的同时，也可为变送器提供电源，DP电缆仅能传输数据。这两个网络可通过DP-PA耦合器，连接合并成同一网络。
总线系统中的设备大致可分为主站设备和从站设备，通过通讯网络一个主站可同时控制多个从站设备，目前使用PB卡作为控制主站，负责总线系统与DCS系统间的数据传输及协议转换，并采取双PB卡冗余配置，提高可靠性，PB卡与现场设备之间通过冗余光纤数据传输网络，就地DP-PA协议转换模块，PA分线盒等组成完整的总线控制系统,网络结构如图所示。
PROFIBUS总线有多种波特率通讯速率可以选择，总线速度从 9.6K-1.5Mbps 可调，总线上所有站点必须使用同样的通信速率。在不同的波特率下，单个网段总线可以传输的最长距离有所不同，波特率越低传输距离越远，但相应的设备响应速度和通讯质量降低。在火电厂有较多高压设备，电磁辐射干扰较大的地方，或锅炉侧设备距离很远的情况下，可采用光纤作为通讯介质，以降低信号干扰增加传输距离。
总线信号传输电路中各种传输线都有其特性阻抗，当信号在传输线中传输至终端时，终端的阻抗和特性阻抗不同，将会造成反射，使信号波形变形，随着传输线的加长会更加严重，使总线信号不能正确传输，为了减少信号反射，保障通讯质量，一般在网段的末端位置需要加设终端电阻。
2 总线系统应用
总线系统与传统的模拟信号控制不同，两者存在较大的差异，总线系统更加智能化，便捷化，为维护工作提供极大的便利，但同时也存在一些问题，在使用中需要注意。总线厂商提供了多个功能强大的监测软件及诊断工具，如FDT软件、DTM模块、ProfiTrace工具等，可查看在线设备的多项实时状态，并提供报警信息，完成组态配置，修改数据参数分析故障信息，进行在线诊断等功能，实现电厂设备的智能化管理。
2.1设备组态
执行机构、变送器等设备安装完毕，通常需要更改参数，才能正常工作，传统设备往往需要在现场修改，电厂内工作环境较为恶劣，许多设备处于高温、高空、高噪声的环境，操作很不方便。总线系统可远程设置设备参数，在控制室内就可以完成各项参数配置，减少人身伤害的风险，操作快捷方便。设备接入总线网络后，可在控制室内工程师站电脑通过FDT
软件及DTM管理模块完成总线设备组态。
软件就地设备完成连接后，添加对应总线设备的DTM模块，可从就地设备直接读取数据参数，包括设备信息、量程范围、报警定值等等，然后按照现场生产要求修改参数。FDT软件可以快捷方便地在线修改变送器参数，压力变送器清零，超声波液位计量程标定等等。
2.2故障诊断
传统设备出现问题后，判断故障原因一般比较麻烦，而总线提供了十分全面的报警信息，有利于快速分析故障点。
上位机监视画面包含各个总线网段的状态画面，可实时监控设备的状态信息，可通过模块显示的颜色判断是否故障。模块绿色表示设备通讯正常、红色表示设备已掉线、黄色表示设备存在异常，画面还可监视网络端口连接状态、主PB卡和备用PB卡的激活状态。
除了运行监视画面，总线系统还提供在线监控工具ProfiTrace，使用ProfiTrace工具可在就地生产现场或机柜电子间内在线监测诊断设备故障，通过总线网络数据监听截取，提供更加详细，丰富的数据信息，如查看各个从站的通讯电压，高低电平波形，实时传输的控制报文等。
在设备运行时可使用该软件查看从站设备的状态，出现故障时可根据报警信息初步判断原因，数字代表总线从站设备的地址，不同的颜色代表不同的状态。该工具功能强大，可实时查看从站设备的通讯电压，以及数据交换时的信号波形。设备通讯异常时，可通过该功能检查各个设备电压是否低于最低电压限值，信号波形是否为标准方波，从而判断是否有电磁干扰或短路造成信号严重畸变，分析故障原因。
2.3注意事项
在使用新厂商的总线设备前需做好GSD配试工作，不同厂商设备有不同的GSD文件，由设备厂家提供，需先检验厂家GSD文件是否与系统兼容，避免GSD文件不兼容造成设备无法投入使用。GSD文件负责实现就地设备与系统得数据转换，包含用于通信的通用的设备规范，描述设备支持的功能，组态工具可从 GSD 读取用于设备组态的设备标识、可调整的设置、允许的界限值等各项参数，同种设备的不同GSD版本也会造成通讯问题。
DP总线网络是串联网络，若某一设备故障需要更换，在拆除接线时需要特别注意，不能将DP电缆直接拆除，若直接拆除串联通讯网络将断开，会使网络后半段设备通讯掉线失去控制，要将通讯电缆出入线短接屏蔽故障涉笔后，再从设备拆下。部分厂家设备提供短接电路板，可避免此情况。由于同一网络内设备故障易影响其他设备，对于较重要的设备尽量分散布置，避免连接到同一网络中。
3 现场故障实例
总线技术相比传统技术更加先进，但在实际使用过程中也存在许多的问题，经过长时间的使用结合现场情况，对主要遇到的故障做出总结。
A层燃烧器风量变送器损坏，更换新的差压变送器后，该变送器频繁掉线，同时此前正常的B层燃烧器风量也频繁掉线，检查发现新变送器地址设置错误，与B层燃烧器风量地址重复冲突，两个变送器交替上线，造成通讯问题。
电厂风机运行期间一次冷风压力，一次热风压力，二次热风压力等多个压力变送器同时频繁失去通讯变为坏点，检查发现所有闪烁变送器都处于同一总线网络内，检查控制器正常，耦合器正常，切换至备用网络后仍然频繁坏点，通过监控软件监测发现某一变送器掉线后，其他变送器依次掉线，更换该变送器通讯模块后正常，检查变送器通讯主板发现已锈蚀损坏，内部电路存在短路接地，影响网段上级电压稳定，造成整个网络设备频繁掉线。
厂内电动执行机构通过Profibus-DP网络连接，在使用的过程中，出现过同一网段内的多台执行机构无法通讯上线的情况，有几种原因会造成这种现象。误拨终端电阻，总线型电动执行机构通讯电路板上会自带终端电阻，一般要处于关闭状态，终端电阻处在激活状态将会，屏蔽该设备之后的所有通讯。通讯电缆接地。DP通讯电缆若未做好防护， 电缆某一点接地会降低通讯电压，使部分设备掉线。 总线接口接线松动。Profibus-DP总线网络为串联结构，某一设备通讯电缆接线接触不良，将会影响下游设备的通讯。终端电阻损坏，总线网络距离较远设备较多，传输信号将急剧衰减，通讯质量变差，使末端设备无法与主站连接。
小机润滑油泵A、B采用总线型马达控制，在运行做备用润滑油泵联启实验时发现，主油泵跳闸后，虽然联启备用泵，小机润滑油压仍快速降低达到小机遮断保护值，未能起到备用作用，经过检查确认备用泵启动时间较长未及时联启，主泵跳闸后需2到3秒才能启动。后重新铺设电缆，加入硬接线联启回路后再进行实验，小机润滑油压正常，备用泵及时联启，联启时间缩短为1秒内。通过DCS系统控制就地设备时，DCS先与总线系统通信，花费一些时间，再由总线系统主站PB卡发送指令，由于Profibus总线为循环应答模式，又有一定的时差，因此不能完全做到实时控制，造成备用油泵不能及时启动。
4总结
现场总线控制系统是目前最新的控制系统，是自动化控制领域巨大的进步，代表了今后控制系统的发展方向。相比传统的控制系统存在很大的优势，在电力行业使用可节约工程用料，大大缩短设备安装调试周期，维护更加便捷高效，现场总线技术在国内的应用范围较小，使用经验相对来说较为匮乏，在实际使用中也存在一些问题，但是总线控制系统的推广使用是大的趋势，也是控制技术发展的必然，我们需要紧跟先进技术发展变革的潮流。现场总线信号制技术必将提高电厂设备的管理维护水平，会给火电厂安全经济运行带来更好的效益。
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[5]程延光.金陵电厂proFiBuS总线控制系统维护经验总结
论文作者:苟建勋
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
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