現場(chǎng)總線(xiàn)在某化工廠(chǎng)低壓配電自動(dòng)化系統中的應用

1. 引言
隨著(zhù)電力行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，化工行業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，國內各大化工廠(chǎng)紛紛將配電自動(dòng)化系統納入DCS（集散控制系統）中，實(shí)現監控一體化管理。由于DCS主要是以實(shí)現化工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化為目的，而對電氣系統自動(dòng)化考慮較少。而僅僅將電氣系統的部分信息如電機電流及運行信號等以“硬接線(xiàn)”的形式送入DCS中而實(shí)現簡(jiǎn)單的監測和啟、?？刂频姆桨?，是一種低層次的融合，將造成投資增加、電氣系統大量原始信息丟失，而電氣系統的控制水平未必得到較大的提高。而隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的日益發(fā)展，上述問(wèn)題得到了很好地解決。本文以上海安科瑞電氣股份有限公司在某化工廠(chǎng)中的工程實(shí)例簡(jiǎn)單介紹現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在化工行業(yè)的低壓配電自動(dòng)化系統中的應用。
2. 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的定義、結構及特點(diǎn)
2.1 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念：現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)設備/儀表與控制室內的自動(dòng)控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)。即現場(chǎng)總線(xiàn)是以單個(gè)分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用總線(xiàn)相連接，實(shí)現相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò )系統和控制系統。
2.2 化工行業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統的結構
在一個(gè)現代化化工廠(chǎng)大規模的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中，工業(yè)數據結構大體分為工廠(chǎng)級、車(chē)間級和現場(chǎng)級這3個(gè)層次，這其中，現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成是工廠(chǎng)自動(dòng)化的重要部分。
現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網(wǎng)、在線(xiàn)設備狀態(tài)監測及現場(chǎng)設備運行、生產(chǎn)數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場(chǎng)設備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現場(chǎng)設備生產(chǎn)及運行數據信息根據需要傳送到工廠(chǎng)管理層，同時(shí)也可接受工廠(chǎng)管理層下達的生產(chǎn)管理及調度命令并執行之。因此，現場(chǎng)級與車(chē)間級監控及信息集成系統是實(shí)現工廠(chǎng)自動(dòng)化的基礎。
下圖為上海安科瑞電氣為某化工廠(chǎng)設計的自動(dòng)化監控及信息集成系統圖。

2.3 現場(chǎng)總線(xiàn)系統的特點(diǎn)及優(yōu)勢
現場(chǎng)總線(xiàn)系統是一個(gè)全數字化、全分散式、可互操作、開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò )的控制系統，現場(chǎng)總線(xiàn)系統與傳統的DCS相比，具有以下技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢。
2.3.1 全數字通信
傳統控制系統DCS采用4~20mA的模擬信號傳輸方式。這種傳輸方式一對傳輸電纜只能傳送一路信號。而且，模擬信號在傳輸過(guò)程中易被其他信號或環(huán)境噪聲所干擾，傳輸精度不高，控制效果不理想。而現場(chǎng)總線(xiàn)系統采用全數字信號傳輸。傳輸過(guò)程中采用數字信號的檢錯、糾錯機制，使其具有較高的抗干擾能力，傳輸精度也得到顯著(zhù)提高。全數字通信使得多參數傳輸得以實(shí)現?，F場(chǎng)設備的測量、控制信息以及其他非控制信息如設備類(lèi)型和參數、整定值、設備運行狀態(tài)等都可以通過(guò)一對傳輸線(xiàn)送到現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的任何智能設備，從而消除了模擬信號傳輸的瓶頸。
2.3.2 控制分散
現場(chǎng)總線(xiàn)系統采用全分散式控制?，F場(chǎng)智能終端設備，既有測量、采集、保護、變換、信號處理等功能，也有邏輯運算和控制功能。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)，將復雜的控制任務(wù)進(jìn)行分解，分散下放于現場(chǎng)設備中，由現場(chǎng)智能終端設備構成控制回路，實(shí)現對各對象的控制。和傳統的DCS控制系統相比，現場(chǎng)總線(xiàn)系統簡(jiǎn)化了系統結構，提高了系統的可靠性、自治性和靈活性。
2.3.3 開(kāi)放性、互操作性
現場(chǎng)總線(xiàn)采用統一的協(xié)議標準，是開(kāi)放式的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )，對用戶(hù)是透明的，不同廠(chǎng)家產(chǎn)品只要使用同一總線(xiàn)標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統為開(kāi)放式，允許其它廠(chǎng)商將自己專(zhuān)長(cháng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統中去，因此，不同廠(chǎng)家的網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品可以方便地接入同一網(wǎng)絡(luò )，集成在同一控制系統中進(jìn)行操作，簡(jiǎn)化了系統集成。而在傳統的DCS中，不同廠(chǎng)家的設備是不能相互訪(fǎng)問(wèn)的。
2.3.4 多分支結構
傳統控制系統中設備的連接都是一對一的，而現場(chǎng)總線(xiàn)是多分支結構，其網(wǎng)絡(luò )拓撲可為總線(xiàn)型、星型、樹(shù)型等多種形式。這種多分支結構使得布線(xiàn)簡(jiǎn)單、工程安裝周期縮短、運行維護方便，并能節省投資。這種結構還具有較強的系統擴展性，對于新增的設備，只需直接并行掛接即可，無(wú)需架設新的電纜，也無(wú)需系統停機。