現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在電廠(chǎng)中的應(yīng)用

0 引言

按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC／SC65C的定義，安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室內(nèi)的自控裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線(xiàn)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。以現(xiàn)場(chǎng)為基礎(chǔ)形成的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（FCS）。由于它適應(yīng)了控制系統(tǒng)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(tǒng)的最終用戶(hù)帶來(lái)了更大的實(shí)惠和方便。自其出現(xiàn)之日起就受到廣泛關(guān)注，迅速成為世界范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)、功能等方面的重大改變，導(dǎo)致自動(dòng)化產(chǎn)品又一次面臨更新?lián)Q代。自20世紀(jì)80年代中期提出現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概念以來(lái)，國(guó)外各大知名公司已相繼開(kāi)發(fā)了數(shù)十種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，如FF、Profibus、WorldFIP、ControlNet、InterBus、P-net、SwiftNet、CAN等，并成功地應(yīng)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(jì)效益，推動(dòng)了控制技術(shù)的不斷發(fā)展。

隨著國(guó)家電力體制改革的深入，實(shí)行廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的政策，電廠(chǎng)為提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)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(jié)組織為一個(gè)系統(tǒng)，從全局角度制定各功能層次的實(shí)施策略，實(shí)現(xiàn)一體化目標(biāo)下的綜合自動(dòng)化。長(zhǎng)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。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)，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(gòu)建管控一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)鋪平了道路。

1 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的電廠(chǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成

不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品在系統(tǒng)構(gòu)成上各有不同之處。電廠(chǎng)熱工控制系統(tǒng)中所使用的儀表設(shè)備、連接方式和通信協(xié)議的不同，給系統(tǒng)的兼容性、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、維護(hù)等帶來(lái)了很大的困難。為了使現(xiàn)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(guó)際電工委員會(huì)（IEC）制定的IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提出了基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的電廠(chǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

從圖1可以看出，此系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為3層，從低到高分別為現(xiàn)場(chǎng)控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)控制層

現(xiàn)場(chǎng)控制層由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制網(wǎng)絡(luò)段組成。H1層網(wǎng)絡(luò)是在FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的H1層基礎(chǔ)上定義的低速現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，低速總線(xiàn)H1支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、總線(xiàn)型、菊花鏈型、樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要用于連接現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。H1采用IEC1158-2的數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)采用線(xiàn)型或樹(shù)型，或者兩種組合型結(jié)構(gòu)。與H1相連的現(xiàn)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(dú)提供。

1.2 監(jiān)控層

監(jiān)控層由高速以太網(wǎng)（H2總線(xiàn)）以及連接在總線(xiàn)上的擔(dān)任監(jiān)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(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的高速現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，主要用于連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備（PLC、遠(yuǎn)程I／O、電動(dòng)門(mén)、變頻器等）、操作員站、工程師站等設(shè)備，完成監(jiān)控級(jí)的通信任務(wù)和比較復(fù)雜的控制策略。運(yùn)行人員通過(guò)操作員站實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程參數(shù)、狀態(tài)的監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。工程師站完成控制器、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表／設(shè)備功能塊編制和參數(shù)設(shè)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(jī)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(xiàn)與Internet的連接，完成管理、決策和商務(wù)應(yīng)用的各種功能。首先要將監(jiān)控層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息轉(zhuǎn)入上層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣管理層用戶(hù)就能隨時(shí)查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工況，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。賦予一定的權(quán)限后，還可以在線(xiàn)修改各種設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，從而在企業(yè)網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)底層測(cè)控信息的實(shí)時(shí)傳遞。