现场总线控制系统（FCS）系列：Siemens ProfiBus (用于石油和天然气行业)_（11）.案例研究与实践.docx

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案例研究与实践

1.ProfiBus现场总线在石油和天然气行业中的应用案例

1.1案例背景

在石油和天然气行业中，现场总线技术被广泛应用于各种控制系统中，以提高系统的可靠性和效率。ProfiBus（ProcessFieldBus）是一种广泛使用的现场总线技术，特别适用于过程控制和自动化应用。本节将通过一个具体的案例，展示如何在石油和天然气行业中应用ProfiBus现场总线技术。

假设我们有一个石油炼化厂的自动化控制系统，该系统需要监控和控制多个关键设备，如温度传感器、压力变送器、阀门控制器等。这些设备分布在不同的位置，需要通过可靠的通信网络进行数据交换和控制指令的传输。ProfiBus现场总线技术在此场景中发挥了重要作用。

1.2系统架构

1.2.1硬件架构

中央控制室（CCR）：包含主站（如PLC或DCS系统），用于集中管理和控制现场设备。

现场设备：包括温度传感器、压力变送器、阀门控制器等，这些设备通过ProfiBusDP（DecentralizedPeripherals）或PA（ProcessAutomation）连接到主站。

ProfiBus网络：连接中央控制室和现场设备，实现数据传输和控制指令的下发。

网关和中继器：用于扩展网络覆盖范围，确保信号稳定传输。

1.2.2软件架构

SCADA系统：用于监控和数据采集，提供人机交互界面。

PLC编程软件：如SiemensTIAPortal，用于编写和调试控制逻辑。

ProfiBus配置软件：如ProfiBusDeviceConfiguration(PDC)，用于配置和管理ProfiBus网络。

1.3系统设计与配置

1.3.1硬件选型

主站：选择SiemensS7-1200PLC作为主站，该PLC支持ProfiBusDP和PA协议。

从站：选择各种符合ProfiBus标准的现场设备，如：

温度传感器：SiemensTDE500

压力变送器：SiemensPDM500

阀门控制器：SiemensVDM500

1.3.2网络拓扑

ProfiBusDP：用于连接高速响应的现场设备，如阀门控制器。

ProfiBusPA：用于连接低速响应的现场设备，如温度传感器和压力变送器。

网络布局：采用线性拓扑结构，确保信号传输的稳定性和可靠性。

1.4软件开发与配置

1.4.1TIAPortal编程

使用SiemensTIAPortal软件进行PLC编程，实现对现场设备的监控和控制。

//TIAPortal代码示例：温度监控

//读取温度传感器数据

//温度传感器地址为1，温度数据存放在DB1.0中

voidMain()

{

//声明变量

REALTemperature=0.0;

//从DB1.0读取温度数据

Temperature=DB1-Temperature;

//判断温度是否超出范围

if(Temperature100.0)

{

//温度过高，报警

SetAlarm(温度过高);

}

elseif(Temperature0.0)

{

//温度过低，报警

SetAlarm(温度过低);

}

}

//设置报警函数

voidSetAlarm(char*message)

{

//发送报警信息到SCADA系统

SendToSCADA(message);

}

//发送数据到SCADA系统函数

voidSendToSCADA(char*message)

{

//通过OPC服务器发送数据

OPC_SendData(message);

}

1.4.2ProfiBusDeviceConfiguration(PDC)

使用ProfiBusDeviceConfiguration(PDC)软件配置ProfiBus网络，确保每个设备正确连接和通信。

设备添加：在PDC中添加所有现场设备，配置其地址和通信参数。

网络配置：设置网络速度、终端电阻等参数，确保网络稳定。

数据映射：将设备的数据点映射到PLC的输入输出地址。

1.5案例实施步骤

1.5.1硬件安装

安装主站：在中央控制室安装SiemensS7-1200PLC。

安装从站：在各个现场位置安装温度传感器、压力变送器和阀门控制器。

连接网络：使用ProfiBus电缆将主站和从站连接起来，确保电缆布局合理，避