現場(chǎng)總線(xiàn)在火電站中的應用現狀和前景

0 引言
　　
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，這些具有現場(chǎng)總線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)的現場(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。
　　
目前在火電站中，壓力變送器等儀表一般都選用智能型、支持HART通信協(xié)議的。但這些儀表并沒(méi)有構成HART通信網(wǎng)絡(luò )，HART通信僅用于通過(guò)手操器來(lái)對儀表進(jìn)行設定。這一方面說(shuō)明了火電站在智能儀表方面已經(jīng)為現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用提供了一些條件，另一方面也說(shuō)明了現場(chǎng)總線(xiàn)在火電站的應用確實(shí)具有一定的阻力，這種阻力主要的并不在于投資方面。
　　
2 現場(chǎng)總線(xiàn)在火電站中的應用前景
　　
影響現場(chǎng)總線(xiàn)在火電站中推廣應用的原因主要表現在：
①在標準不統一的情況下，大量應用現場(chǎng)總線(xiàn)具有一定的風(fēng)險性；
②現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品的選擇范圍太窄，難以滿(mǎn)足火電站的需要；
③現場(chǎng)總線(xiàn)并未達到真正的可互操作性；
④缺乏大型示范工程；
⑤缺乏現場(chǎng)總線(xiàn)對火電站的設計、安裝、調試、生產(chǎn)和管理等方面的影響的研究；
⑥在國內重硬件輕軟件、重設備輕服務(wù)的情況下，現場(chǎng)總線(xiàn)在工程投資上難以顯示優(yōu)越性；
⑦在缺乏示范工程的情況下，經(jīng)濟效益方面沒(méi)有說(shuō)服力。
　　
現場(chǎng)總線(xiàn)在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)先進(jìn)性方面和有利于提高系統可靠性方面是比較明確的，因此盡管存在種種困難，但現場(chǎng)總線(xiàn)還是能逐漸在火電站中得到應用，而且這種應用會(huì )越來(lái)越廣泛和越來(lái)越深入。主要理由是：

①由于一些現場(chǎng)總線(xiàn)的支持者同時(shí)也是DCS和PLC的制造商，他們?yōu)榱瞬粩嗵岣咂銬CS和PLC產(chǎn)品的性能，會(huì )不斷地利用和集成現場(chǎng)總線(xiàn)。因此伴隨著(zhù)。DCS和PLC，現場(chǎng)總線(xiàn)會(huì )在火電站中得到應用。
②支持多種現場(chǎng)總線(xiàn)而不只是一種HART協(xié)議的智能儀表的大量出現和在火電站中的應用，推動(dòng)了現場(chǎng)總線(xiàn)的應用，這種應用開(kāi)始只是小范圍的和局部的，其出發(fā)點(diǎn)是為了減少控制電纜和獲得更多的儀表信息，這種現場(chǎng)總線(xiàn)的應用是以與DCS或PLC的I／0總線(xiàn)集成的形式出現的。
③隨著(zhù)支持多種現場(chǎng)總線(xiàn)的變頻器和智能開(kāi)關(guān)在火電站的廣泛應用，連接這些智能設備的現場(chǎng)總線(xiàn)也會(huì )得到實(shí)際應用，這種應用開(kāi)始也只是小范圍的和局部的，其出發(fā)點(diǎn)是為了減少控制電纜和獲得更多的設備信息，這種現場(chǎng)總線(xiàn)的應用是以與DCS或PLC的網(wǎng)絡(luò )集成的形式出現的。
　　
在一些石化行業(yè)和化工行業(yè)示范性工程的影響下，同時(shí)在設計、安裝、調試、生產(chǎn)和管理等方面做好一定準備的情況下，火電站在部分系統上采用：FCS必定能成為現實(shí)，能夠推動(dòng)這一趨勢的動(dòng)力主要來(lái)自火電站自身利益的要求。能否在整個(gè)火電站采用FCS，則取決于現場(chǎng)總線(xiàn)在技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)等方面的發(fā)展。