基于PROFIBUS的工业以太网在海水淡化中的应用.docx

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基于PROFIBUS的工业以太网在海水淡化中的应用

作者：

邹智慧杨帅

来源：

《商场现代化》2012年第21期

[ 摘 要]本文基于PROFIBUS的工业以太网在海水淡化中的应用，简单分析了海水淡化是未来生活中重要性。

重点介绍了PROFIBUS的基本概念、分类及其特点，详细阐述了PROFIBUS在海水淡化装置中的应用，并对PROFIBUS的通信协议进行说明。

[ 关键词]海水淡化PROFIBUS现场总线一、引言

地球表面2/3的面积被水覆盖，但水储量的97％为海水和苦咸水，这些水是很丰富的。

但是，人类要利用海水必须经过淡化，随着人类数量的不断增加和环境污染，人类所用直接使用的淡水资源越来越少，所以海水淡化意义重大。

目前，全世界有一百二十多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术取得淡水。

海水淡化，事实上已经成为世界许多国家解决缺水问题，普遍采用的一种战略选择，其有效性和可靠性已经得到越来越广泛的认同。

然而海水淡化过程自动控制系统相对比较复杂，受外界环境的变化影响很大，因此基于PROFIBUS的工业以太网在海水淡化装置中的应用现已成为一项重要的科研课题。

二、PROFIBUS的简述

PROFIBUS 的全名是ProcessFieldBus，PROFIBUS是一种具有国际化、开放式以及不依赖设备生产的现场总线标准，其广泛适用于化工生产、过程工业及其自动化控制和电力、楼宇等其他领域。

开始PROFIBUS只包含两部分，PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery）和

PROFIBUS-FMS（FieldbusMessageSpecification。

）1994年推出PROFIBUS-PA（Process

Automation）。

从而可以在有爆炸危险的区域内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使PROFIBUS更加完善。

PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，常应用于MCU与外设之间的通信，使用它可取代4-20mA直流信号传输；PROFIBUS-FMS是一种现场通信网络，用分散式数字控制的，可应用于生产车间及监控网

络，同时可实现现场设备层到车间级的网络监控，从而为解决工厂综合自动化到现场设备智能化提供可行的方案；PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上。

三、PROFIBUS的特点

与其它现场总线相比，PROFIBUS具有稳定的国际标准，并经EN50170作保证以及实际应用验证具有其普遍性。

在原则方面上，PROFIBUS协议可在任何微处理器上都得以实现。

同时微处理器内部或者外部安装异步串行通信接口就可以完成，但是当数据传输速率大于500Kbit/s或者需要配合使用IEC1158-2传输技术时，建议使用其PROFIBUS协议专用芯片。

PROFIBUS传送速度在9.6kbaud～12Mbaud范围内启动总线系统必须设置成相同的速度。

PROFIBUS协议广泛应用于化工生产、制造业自动化和过程工业及其自动化控制和电力、楼宇、流程工业自动化等领域。

除以之外，在海水谈化过程中应用PROFIBUS还具有以下特点：

（1）PROFIBUS 主要采用实时通信的方法，应用以太网交换技术、流量控制和全双工通信等技术，采用了确定性数据通信调度控制，并简化通信栈软件的层次以及现场设备层网络等等相应措施，同时针对工业过程控制的通信实时性，使以太网通信实时性得以提高。

（2）PROFIBUS 采用直流电源耦合和电源冗余管理的技术给总线供电，设计了以太网集线器能实现网络供电或总线供电，充分解决了以太网总线的供电问题。

（3）以太网的远距离传输采用控制区域微网段化、网络分层、网络超小时滞中继以及光纤等技术。

（4）网络安全采用控制区域微网段化，实现各控制区域与其他区域之间逻辑上的网络隔离，同时实现了各控制区域通过网络隔离和安全过滤的现场控制器与系统主干相连。

（5）主要设计采用分散结构化的设计、冗余、EMC的设计、自行诊断等可靠性设计技术，大大提高了基于以太网技术的现场设备可靠性。

四、PROFIBUS现场总线设计

海水淡化的最早方式是采用低温多效蒸馏，多效蒸馏装置，主要是利用每一略低的温度和压力下，蒸发冷凝管通过重复蒸发和冷凝，给低等级的输入定量的蒸汽生产大量的蒸馏水。

海水淡化首先把生蒸汽引入第一效蒸发器，此时蒸发管内的生蒸汽在管内开始冷凝，而管外海水产生与冷凝量基本相等的二次蒸汽。

然后，将这些二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽，并且在下一效蒸发器中冷凝为蒸馏水。

由于第二效的操作压力要比第一效低，二次蒸汽必须经过汽液分离器后才能进入下一效传热管。

蒸发与冷凝过程在多效蒸馏装置中不断重复，每效均可以产生基本等量的蒸馏水，进入最后一效的蒸汽在冷凝器中被海水冷凝。

然后第一装置的冷凝液返回到蒸汽发生器中，其余装置的冷凝液进入产品水罐中，各效装置的产品水罐相连从而得到所需要产品。

海水淡化控制过程是变化缓慢的动态过程，但其有些庞大的实时数据量，且系统对数据的变化要做出快速的响应，PROHBUS现场总线满足海水淡化过程的快速响应和数据交换量的要

求，PROHBUS是开放式现场总线系统，符合欧洲标准和国际标准。

海水淡化控制系统根据全集成自动化的思想分为几个部分：

系统工作电源、管理级、控制级、现场级和监控部分。

五、总结