現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在電廠(chǎng)的應用思考

1．前言
在電廠(chǎng)信息化的建設過(guò)程中，越來(lái)越多的專(zhuān)家、學(xué)者和電力工程設計人員意識到推動(dòng)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在電廠(chǎng)應用的重要性和迫切性，已有許多論文提出了基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的控制系統在電廠(chǎng)的應用設想和建議。但到目前為止，在國內已建和在建電廠(chǎng)中，真正意義上的全面和系統地應用現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的實(shí)例還未見(jiàn)報道，見(jiàn)諸于文獻的還只是局部的試點(diǎn)應用。大家對現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)代表了未來(lái)電廠(chǎng)自動(dòng)化的發(fā)展方向均持肯定和積極的態(tài)度，但為什么在工程設計中卻又難以進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的應用呢？
為了便于下面對這個(gè)問(wèn)題的討論，盡管關(guān)于現場(chǎng)總線(xiàn)和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的涵義已反復在相關(guān)文獻中進(jìn)行了闡述，筆者依然覺(jué)得還是有必要先引用國際電工委員會(huì )IEC及專(zhuān)家對什么是現場(chǎng)總線(xiàn)及現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統作出的定義。
根據國際電工委員會(huì )IEC61158標準的定義：安裝在制造或生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行、雙向、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)。由現場(chǎng)總線(xiàn)與現場(chǎng)智能設備組成的控制系統稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS（FieldbusControlSystem）。而衡量一個(gè)控制系統是否為真正的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS有三個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，即：核心、基礎和本質(zhì)。FCS的核心是總線(xiàn)協(xié)議，只有遵循現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的控制系統，才能稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統；FCS的基礎是數字智能現場(chǎng)儀表，它是FCS的硬件支撐；FCS的本質(zhì)是信息處理現場(chǎng)化，這是FCS的系統效能體現。
從上述定義可以看出，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統是一種全計算機、全數字、雙向通信的新型控制系統。它與DCS的本質(zhì)差異在于現場(chǎng)級設備的數字化、網(wǎng)絡(luò )化，實(shí)現了控制裝置與現場(chǎng)裝置的雙向通信，消除了生產(chǎn)過(guò)程監控的信息“盲點(diǎn)”?？梢哉f(shuō)，現場(chǎng)設備級的數字化、網(wǎng)絡(luò )化是電廠(chǎng)信息化管理的基礎。
2．現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)及現狀
CPU技術(shù)的發(fā)展導致了現場(chǎng)儀表和裝置的數字化革命，也使得現場(chǎng)儀表和裝置之間的數字通訊成為可能。數字化、智能化的現場(chǎng)儀表和裝置（如傳感器、執行器等）不僅僅是替代了4～20mA模擬系統，更主要的是可以在現場(chǎng)設備中實(shí)現控制功能和設備管理功能，而且有了數字通訊，在控制室可以獲得現場(chǎng)設備的諸多信息，如診斷、量程、組態(tài)和標識等?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的出現，使得原來(lái)需要大量電纜進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)連接的眾多現場(chǎng)設備信號可通過(guò)一根網(wǎng)絡(luò )電纜來(lái)傳輸，可以顯著(zhù)減少電纜的使用量及降低相關(guān)的材料和安裝費用。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)就是要為用戶(hù)提供開(kāi)放的、具有可互操作性、可互換性和統一標準的測量和控制產(chǎn)品，克服傳統DCS和PLC等含有專(zhuān)利性技術(shù)的控制系統所帶來(lái)的封閉性問(wèn)題，擇優(yōu)選擇不同公司的產(chǎn)品，集成最佳的生產(chǎn)過(guò)程控制系統，降低工程項目的建造和運營(yíng)成本，提高企業(yè)的競爭力。
綜合有關(guān)資料的論述，同傳統DCS和PLC控制系統相比，以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為基礎的控制系統FCS的優(yōu)越性概括起來(lái)有以下幾方面：
（１）互操作性
（２）分散性
（３）可靠性
（４）精確性
（５）開(kāi)放性
（６）經(jīng)濟性
（７）可維護性。
這些特點(diǎn)和優(yōu)越性在相關(guān)的文獻中有詳細的闡述，在此不再贅述。既然有這么多的好處，我們?yōu)槭裁床环e極使用呢？這就又引出了現場(chǎng)總線(xiàn)的標準之爭以及現場(chǎng)總線(xiàn)自身的局限性問(wèn)題。
首先，現場(chǎng)總線(xiàn)標準之爭的結果就是1999年底IECTC65（負責工業(yè)測量和控制的第65標準化委員會(huì )）通過(guò)了8種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)作為IEC61158國際標準。2001年8月經(jīng)過(guò)修訂制定出10種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)標準（第三版），分別為：
Type1TS61158現場(chǎng)總線(xiàn)
Type2ControlNet和Ethernet/IP現場(chǎng)總線(xiàn)
Type3Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)
Type4P-Net現場(chǎng)總線(xiàn)
Type5FFHSE現場(chǎng)總線(xiàn)
Type6SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)
Type7WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
Type8Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)
Type9FFH1現場(chǎng)總線(xiàn)
Type10PROFInet現場(chǎng)總線(xiàn)（2003年4月成為正式國際標準）
除了上述10種標準之外，還有IECTC17B通過(guò)的現場(chǎng)總線(xiàn)標準SDS（SmartDistributedSystem）、ASI（ActuatorSensorInterface）和DeviceNet，以及ISO11898的CAN協(xié)議，還有一些歐洲標準。這么多的標準給用戶(hù)應用帶來(lái)了很大的困惑，也就導致了沒(méi)有事實(shí)上的統一標準，因為不同的現場(chǎng)總線(xiàn)標準協(xié)議之間是不能夠直接進(jìn)行互連和通訊的。
其次，上述各種現場(chǎng)總線(xiàn)是針對不同的應用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的，現場(chǎng)總線(xiàn)自身存在著(zhù)應用領(lǐng)域的局限性。
在工廠(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域，離散邏輯控制處于主導地位，因為工廠(chǎng)自動(dòng)化含有快速移動(dòng)的機械，同較慢的過(guò)程自動(dòng)化相比，要有更快的響應。適用于這類(lèi)場(chǎng)合的現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型有DeviceNet、ControlNet、Profibus（DP及FMS應用行規）、以及Interbus、ASI（AS-Interface）。
在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，連續的調節性控制占支配地位，但也包含離散或開(kāi)關(guān)量控制。適用于這類(lèi)場(chǎng)合的現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型有FoundationFieldbus,Profibus-PA、WorldFIP等。