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

0 引言

按照國際電工委員會(huì )IEC／SC65C的定義，安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)設備與控制室內的自控裝置之間的數字式、串行和多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)。以現場(chǎng)為基礎形成的網(wǎng)絡(luò )集成式全分布控制系統稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）。由于它適應了控制系統向分散化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化發(fā)展的方向，給自動(dòng)化系統的最終用戶(hù)帶來(lái)了更大的實(shí)惠和方便。自其出現之日起就受到廣泛關(guān)注，迅速成為世界范圍內控制技術(shù)的熱點(diǎn)，并促使目前生產(chǎn)的自動(dòng)化儀表、PLC、DCS產(chǎn)品面臨體系結構、功能等方面的重大改變，導致自動(dòng)化產(chǎn)品又一次面臨更新?lián)Q代。自20世紀80年代中期提出現場(chǎng)總線(xiàn)概念以來(lái)，國外各大知名公司已相繼開(kāi)發(fā)了數十種現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，如FF、Profibus、WorldFIP、ControlNet、InterBus、P-net、SwiftNet、CAN等，并成功地應用在石油、汽車(chē)等不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，取得了良好的經(jīng)濟效益，推動(dòng)了控制技術(shù)的不斷發(fā)展。

隨著(zhù)國家電力體制改革的深入，實(shí)行廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)、競價(jià)上網(wǎng)的政策，電廠(chǎng)為提高經(jīng)濟效益，增強競爭力，需要進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的整體優(yōu)化，把生產(chǎn)過(guò)程、企業(yè)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等各個(gè)環(huán)節組織為一個(gè)系統，從全局角度制定各功能層次的實(shí)施策略，實(shí)現一體化目標下的綜合自動(dòng)化。長(cháng)期以來(lái)，困擾這一發(fā)展的主要問(wèn)題是工業(yè)自動(dòng)化“信息孤島”問(wèn)題?，F場(chǎng)總線(xiàn)的出現，徹底打破了這么多年來(lái)從未解決的格局，它為控制網(wǎng)絡(luò )與以傳輸信息和資源共享為主的信息網(wǎng)絡(luò )的連接提供了方便，為電廠(chǎng)構建管控一體化的綜合自動(dòng)化系統鋪平了道路。

1 基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電廠(chǎng)綜合自動(dòng)化系統構成

不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品在系統構成上各有不同之處。電廠(chǎng)熱工控制系統中所使用的儀表設備、連接方式和通信協(xié)議的不同，給系統的兼容性、可擴展性、穩定性、維護等帶來(lái)了很大的困難。為了使現場(chǎng)總線(xiàn)具有開(kāi)放性，便于用戶(hù)選擇不同的產(chǎn)品，我們按照國際電工委員會(huì )（IEC）制定的IEC61158國際標準，提出了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電廠(chǎng)綜合自動(dòng)化系統體系結構，如圖1所示。

從圖1可以看出，此系統體系結構分為3層，從低到高分別為現場(chǎng)控制層、監控層和企業(yè)管理層。

1.1 現場(chǎng)控制層

現場(chǎng)控制層由現場(chǎng)設備和控制網(wǎng)絡(luò )段組成。H1層網(wǎng)絡(luò )是在FF現場(chǎng)總線(xiàn)的H1層基礎上定義的低速現場(chǎng)級網(wǎng)絡(luò )，低速總線(xiàn)H1支持點(diǎn)對點(diǎn)連接、總線(xiàn)型、菊花鏈型、樹(shù)型拓撲結構，主要用于連接現場(chǎng)智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執行機構等。H1采用IEC1158-2的數字式、位同步、曼徹斯特編碼傳輸數據協(xié)議，通信速率為31.25kbps（電壓式）。H1采用屏蔽電纜，網(wǎng)絡(luò )結構采用線(xiàn)型或樹(shù)型，或者兩種組合型結構。與H1相連的現場(chǎng)智能儀表需要24V直流電源時(shí)，可通過(guò)屏蔽電纜線(xiàn)提供，也可單獨提供。

1.2 監控層

監控層由高速以太網(wǎng)（H2總線(xiàn)）以及連接在總線(xiàn)上的擔任監控作務(wù)的工作站或顯示操作站組成。H2層網(wǎng)絡(luò )屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的高速現場(chǎng)級網(wǎng)絡(luò )，主要用于連接現場(chǎng)智能設備（PLC、遠程I／O、電動(dòng)門(mén)、變頻器等）、操作員站、工程師站等設備，完成監控級的通信任務(wù)和比較復雜的控制策略。運行人員通過(guò)操作員站實(shí)現工藝過(guò)程參數、狀態(tài)的監視，實(shí)現對現場(chǎng)設備的控制。工程師站完成控制器、現場(chǎng)智能儀表／設備功能塊編制和參數設定及修改等。

1.3 企業(yè)管理層

企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶(hù)機組成。其主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下集成企業(yè)的各種信息，實(shí)現與Internet的連接，完成管理、決策和商務(wù)應用的各種功能。首先要將監控層實(shí)時(shí)數據庫中的信息轉入上層的關(guān)系數據庫中，這樣管理層用戶(hù)就能隨時(shí)查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)以及現場(chǎng)設備的工況，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠程監控。賦予一定的權限后，還可以在線(xiàn)修改各種設備參數和運行參數，從而在企業(yè)網(wǎng)范圍內實(shí)現底層測控信息的實(shí)時(shí)傳遞。