現場(chǎng)總線(xiàn)在火電站應用

現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是隨著(zhù)電子、儀器儀表、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展而于80年代中期產(chǎn)生的，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)以其鮮明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)很快進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。國外各大控制設備制造商也相繼開(kāi)發(fā)了不同的現場(chǎng)總線(xiàn)，但這些現場(chǎng)總線(xiàn)難以形成統一的標準，這從一定程度上影響了現場(chǎng)總線(xiàn)的推廣應用。此外，現場(chǎng)總線(xiàn)給工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)的變革是具有沖擊性的，因為它們改變的不僅僅是設備、系統或者技術(shù)，而是將改變人們做事的途徑和做事需要的工具。雖然現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)誕生已經(jīng)二十多年，但是它們的應用范圍和應用深度與其具備的優(yōu)點(diǎn)是不相稱(chēng)的。隨著(zhù)市場(chǎng)需求的急劇增長(cháng)和包括智能儀表在內的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品的大量出現，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域將會(huì )扮演越來(lái)越重要的角色。

1 現場(chǎng)總線(xiàn)在火電站中的應用現狀

1.1 現場(chǎng)總線(xiàn)的標準化問(wèn)題

IEC早在1984年就開(kāi)始著(zhù)手制訂現場(chǎng)總線(xiàn)的國際標準，但十多年來(lái)，國際上一些大公司從自身利益出發(fā)，圍繞著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)的國際標準問(wèn)題進(jìn)行了大戰，其結局是以妥協(xié)而告終。至1999年底，國際標準的現場(chǎng)總線(xiàn)已有12種之多，包括：FF、ControlNet、ProfiBus、P―Net、Swift Net、Word FIP、Interbus、AS―i、Device Net、SDS、Seriplex和CAN。此外，還有3種歐洲標準、各個(gè)國家標準和一些大企業(yè)標準（如日本三菱的CC-Link）。多標準就意味著(zhù)無(wú)標準。在這種局面下，儀表制造商感到困惑，系統集成商、設計院、用戶(hù)都不免感到無(wú)所適從，因而在很大程度影響了現場(chǎng)總線(xiàn)的推廣應用。

1.2 現場(chǎng)總線(xiàn)在國內火電站中的應用

目前，沒(méi)有一家現場(chǎng)總線(xiàn)設備制造商能提供裝備整個(gè)火電站的所有現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品。產(chǎn)品種類(lèi)相對較多的FF，2002年的口號是“自由選擇，帶動(dòng)集”，但其仍缺少許多火電站必需的產(chǎn)品，如用于汽輪機的測試計和振動(dòng)儀、用于鍋爐水質(zhì)檢測的硅酸根和磷酸根測量?jì)x等。因此要在火電站構筑完整的符合所有現場(chǎng)總線(xiàn)特點(diǎn)的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）尚無(wú)能為力。

國內有少量的石化和化工裝置采用了FCS，起到了小規模示范作用。在火電站部分裝置中也具備采用FCS的條件，但實(shí)施起來(lái)就比較困難。首先，對電站設計來(lái)說(shuō)是完全不同于DCS和PLC，DCS和PLC是以I/O和處理器為核心的，而FCS是以智能化的現場(chǎng)儀表和設備為核心的；DCS和PLC的控制任務(wù)完全由處理器來(lái)完成，而FCS的控制任務(wù)基本上由現場(chǎng)儀表和設備來(lái)完成，因此，從設計的思路、方法等方面將有很大的變革，這對于須嚴格遵從設計規程的電力設計院來(lái)說(shuō)，進(jìn)行這種變革絕非易事。其次，FCS的應用對生產(chǎn)和管理具有很大的沖擊性，如何利用FCS將火電站的生產(chǎn)和管理提高到一個(gè)新層次本身就是一項富有挑戰意義的課題。所以，從設計到生產(chǎn)，從生產(chǎn)到管理，在尚未做好面對FCS的準備的情況下，將FCS引入火電站（即使是火電站的一部分）是比較困難的。

雖然作為一個(gè)完整的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統目前還難以迅速應用到火電站中，但作為這一技術(shù)的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品已在火電站中得到越來(lái)越多的應用。因為，這些現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品符合了火電站追求高效可靠的目標?，F場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品在火電站的應用采用的是集成的方式，包括現場(chǎng)總線(xiàn)與DCS的集成、現場(chǎng)總線(xiàn)與PLC的集成和現場(chǎng)總線(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò )的集成。

DCS已廣泛應用于火電站主設備的控制系統，現場(chǎng)總線(xiàn)的應用要借助于DCS。這樣既豐富了DCS的功能，又推動(dòng)了現場(chǎng)總線(xiàn)和FCS的發(fā)展?，F場(chǎng)總線(xiàn)和DCS的集成有兩種方式：現場(chǎng)總線(xiàn)與DCS的I/O總線(xiàn)集成；現場(chǎng)總線(xiàn)與DCS網(wǎng)絡(luò )的集成。前者是現場(chǎng)儀表或現場(chǎng)設備通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與現場(chǎng)總線(xiàn)接口單元通信，現場(chǎng)總線(xiàn)接口單元再通過(guò)I/0總線(xiàn)與DCS處理器通信。后者是現場(chǎng)儀表或現場(chǎng)設備通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與現場(chǎng)總線(xiàn)服務(wù)器通信，現場(chǎng)總線(xiàn)服務(wù)器直接掛在DCS網(wǎng)絡(luò )上。

PLC已廣泛應用于火電站輔助設備的控制系統，現場(chǎng)總線(xiàn)的應用也要借助于PLC?，F場(chǎng)總線(xiàn)中，象Contr01．Net、ProfiBus等本身就是PLC的主要供貨商支持的，而且這些現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品已集成到PLC系統中，成為PLC系統中的一部分或者成為PLC系統的延伸部分。以ControlNet為例，ContmlNet最早由美國Rockwell Automation于1995年10月提出，它是一種高速、高確定性和可重復性的網(wǎng)絡(luò )，特別適用于對時(shí)間有苛刻要求的復雜應用場(chǎng)合的信息傳輸。在火電站中應用十分廣泛的PLC系統之一ControlLogix系統就是利用ContmlNet構筑分布式I/O網(wǎng)絡(luò )系統的。作為PLC系統的延伸，ControlNet還被用作廠(chǎng)級控制網(wǎng)連接整個(gè)火電站的輔助系統，包括除灰除渣系統、輸煤系統、水處理系統等，通過(guò)ControlNet可以實(shí)現全廠(chǎng)輔助系統的集中監控和數據共享。

現場(chǎng)總線(xiàn)在網(wǎng)絡(luò )方面的特點(diǎn)使其與信息網(wǎng)絡(luò )的集成變得十分自然。工業(yè)以太網(wǎng)便是一個(gè)典型例子。工業(yè)以太網(wǎng)雖不屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的12種國際標準，但隨著(zhù)其迅猛發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)已成為事實(shí)上的工業(yè)標準。隨著(zhù)以太網(wǎng)的通信速率的不斷提高和全雙工交換式以太網(wǎng)的誕生，以太網(wǎng)的非確定性問(wèn)題已經(jīng)解決。目前火電站的廠(chǎng)級信息網(wǎng)絡(luò )系統幾乎都是采用以太網(wǎng)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)可實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò )的集成。