現(xiàn)場總線技術在電廠的應用思考

1．前言
在電廠信息化的建設過程中，越來越多的專家、學者和電力工程設計人員意識到推動現(xiàn)場總線技術在電廠應用的重要性和迫切性，已有許多論文提出了基于現(xiàn)場總線技術的控制系統(tǒng)在電廠的應用設想和建議。但到目前為止，在國內(nèi)已建和在建電廠中，真正意義上的全面和系統(tǒng)地應用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實例還未見報道，見諸于文獻的還只是局部的試點應用。大家對現(xiàn)場總線技術代表了未來電廠自動化的發(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入實質(zhì)性的應用呢？
為了便于下面對這個問題的討論，盡管關于現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的涵義已反復在相關文獻中進行了闡述，筆者依然覺得還是有必要先引用國際電工委員會IEC及專家對什么是現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作出的定義。
根據(jù)國際電工委員會IEC61158標準的定義：安裝在制造或生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、雙向、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。由現(xiàn)場總線與現(xiàn)場智能設備組成的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）。而衡量一個控制系統(tǒng)是否為真正的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS有三個關鍵要點，即：核心、基礎和本質(zhì)。FCS的核心是總線協(xié)議，只有遵循現(xiàn)場總線協(xié)議的控制系統(tǒng)，才能稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；FCS的基礎是數(shù)字智能現(xiàn)場儀表，它是FCS的硬件支撐；FCS的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化，這是FCS的系統(tǒng)效能體現(xiàn)。
從上述定義可以看出，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種全計算機、全數(shù)字、雙向通信的新型控制系統(tǒng)。它與DCS的本質(zhì)差異在于現(xiàn)場級設備的數(shù)字化、網(wǎng)絡化，實現(xiàn)了控制裝置與現(xiàn)場裝置的雙向通信，消除了生產(chǎn)過程監(jiān)控的信息“盲點”。可以說，現(xiàn)場設備級的數(shù)字化、網(wǎng)絡化是電廠信息化管理的基礎。
2．現(xiàn)場總線技術的特點及現(xiàn)狀
CPU技術的發(fā)展導致了現(xiàn)場儀表和裝置的數(shù)字化革命，也使得現(xiàn)場儀表和裝置之間的數(shù)字通訊成為可能。數(shù)字化、智能化的現(xiàn)場儀表和裝置（如傳感器、執(zhí)行器等）不僅僅是替代了4～20mA模擬系統(tǒng)，更主要的是可以在現(xiàn)場設備中實現(xiàn)控制功能和設備管理功能，而且有了數(shù)字通訊，在控制室可以獲得現(xiàn)場設備的諸多信息，如診斷、量程、組態(tài)和標識等?，F(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)，使得原來需要大量電纜進行點到點連接的眾多現(xiàn)場設備信號可通過一根網(wǎng)絡電纜來傳輸，可以顯著減少電纜的使用量及降低相關的材料和安裝費用。
現(xiàn)場總線技術開發(fā)的出發(fā)點就是要為用戶提供開放的、具有可互操作性、可互換性和統(tǒng)一標準的測量和控制產(chǎn)品，克服傳統(tǒng)DCS和PLC等含有專利性技術的控制系統(tǒng)所帶來的封閉性問題，擇優(yōu)選擇不同公司的產(chǎn)品，集成最佳的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，降低工程項目的建造和運營成本，提高企業(yè)的競爭力。
綜合有關資料的論述，同傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)相比，以現(xiàn)場總線技術為基礎的控制系統(tǒng)FCS的優(yōu)越性概括起來有以下幾方面：
（１）互操作性
（２）分散性
（３）可靠性
（４）精確性
（５）開放性
（６）經(jīng)濟性
（７）可維護性。
這些特點和優(yōu)越性在相關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(xiàn)場總線的標準之爭以及現(xiàn)場總線自身的局限性問題。
首先，現(xiàn)場總線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）通過了8種類型的現(xiàn)場總線作為IEC61158國際標準。2001年8月經(jīng)過修訂制定出10種類型的現(xiàn)場總線標準（第三版），分別為：
Type1TS61158現(xiàn)場總線
Type2ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場總線
Type3Profibus現(xiàn)場總線
Type4P-Net現(xiàn)場總線
Type5FFHSE現(xiàn)場總線
Type6SwiftNet現(xiàn)場總線
Type7WorldFIP現(xiàn)場總線
Type8Interbus現(xiàn)場總線
Type9FFH1現(xiàn)場總線
Type10PROFInet現(xiàn)場總線（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通過的現(xiàn)場總線標準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應用帶來了很大的困惑，也就導致了沒有事實上的統(tǒng)一標準，因為不同的現(xiàn)場總線標準協(xié)議之間是不能夠直接進行互連和通訊的。
其次，上述各種現(xiàn)場總線是針對不同的應用領域開發(fā)的，現(xiàn)場總線自身存在著應用領域的局限性。
在工廠自動化領域，離散邏輯控制處于主導地位，因為工廠自動化含有快速移動的機械，同較慢的過程自動化相比，要有更快的響應。適用于這類場合的現(xiàn)場總線類型有DeviceNet、ControlNet、Profibus（DP及FMS應用行規(guī)）、以及Interbus、ASI（AS-Interface）。
在過程自動化領域，連續(xù)的調(diào)節(jié)性控制占支配地位，但也包含離散或開關量控制。適用于這類場合的現(xiàn)場總線類型有FoundationFieldbus,Profibus-PA、WorldFIP等。