現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠自動化控制中的應(yīng)用

摘要：現(xiàn)場總線指具有數(shù)字化模式及多點通信的安裝在生產(chǎn)或過程場地的現(xiàn)場裝置及控制室中的自動裝置之間的數(shù)據(jù)總線。現(xiàn)場總線技術(shù)具有系統(tǒng)開放、互用靈活、結(jié)構(gòu)簡化、操作高效便捷的特點。文章概述了現(xiàn)場總線及其技術(shù)的概念、特點及優(yōu)勢，介紹了電廠自動化涉及的過程控制技術(shù)、總線控制系統(tǒng)及其在電廠自動化中的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù)；電廠；自動化控制；數(shù)據(jù)總線；數(shù)字化模式 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM769 文章編號：1009-2374（2015）16-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.020

現(xiàn)場總線技術(shù)是科技時代發(fā)展的必然趨勢，技術(shù)水平較高，其所取得的成果涉及電子、儀表、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等方面。自動化技術(shù)因其便捷性以及高記憶性等優(yōu)勢將成為未來社會發(fā)展的一大前景，而自動化技術(shù)的熱點技術(shù)中，現(xiàn)場總線技術(shù)也歸屬其中。現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生已有一段時間，在化工、石油以及冶金等多個領(lǐng)域已收到一定的成效，然而在國內(nèi)該技術(shù)與電廠自動化控制的聯(lián)系尚在嘗試階段。而隨著電廠需求及數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，現(xiàn)場總線技術(shù)將在電廠自動化控制中逐漸占據(jù)更重要的比重，領(lǐng)域的應(yīng)用也將成為一項較新的挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)場總線技術(shù)及其優(yōu)勢概述

1.1 現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線技術(shù)

顧名思義，現(xiàn)場總線簡言之即安裝在現(xiàn)場的總線，現(xiàn)場的范圍具體涉及到生產(chǎn)或過程場地的現(xiàn)場裝置及控制室中的自動裝置之間，總線詳指數(shù)據(jù)總線，具有數(shù)字化模式及多點通信。現(xiàn)場總線是工業(yè)概念，也是數(shù)字化的提升，實質(zhì)上，現(xiàn)場總線是傳統(tǒng)信號向數(shù)字通信技術(shù)的提升，它聯(lián)系著智能現(xiàn)場設(shè)備與自動化系統(tǒng)，其主要的工作職責(zé)是工業(yè)現(xiàn)場內(nèi)的智能設(shè)備之間數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點

現(xiàn)場總線技術(shù)具有開放的系統(tǒng)、互用靈活、結(jié)構(gòu)簡化、操作高效便捷，同時對環(huán)境有很好的適應(yīng)性。現(xiàn)場總線技術(shù)的通信協(xié)議是公開的，設(shè)備的廠家雖不相同，然而其間的互連及信息交換行為不受限制，有很強(qiáng)的開放性，不止是功能的開放，同時也是標(biāo)準(zhǔn)的開放，且開放性始終是現(xiàn)場總線技術(shù)的基本也是深層追求。現(xiàn)場總線技術(shù)智能程度較高，其具有包含測量、計算、控制與處理等多項功能，同時其功能多分散于現(xiàn)場設(shè)備中，操作更為便捷，基本上可以實現(xiàn)自動控制，結(jié)構(gòu)更為簡易化，性能更為安全化。現(xiàn)場總線技術(shù)有雙絞線、光纜、電力線等多種選擇，安全可靠且能較為有效地抵抗干擾，對現(xiàn)場環(huán)境可以較好地適應(yīng)。

1.3 現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢

現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在對各項費用的節(jié)省、各項功能的簡易高效及技術(shù)的安全性。首先，費用方面現(xiàn)場總線系統(tǒng)分散于設(shè)備之中，很多硬件無需專用，選擇共用即可，由此硬件采購方面節(jié)省了開支。同時，現(xiàn)場總線安裝非常容易，可自行安裝。此外，現(xiàn)場控制設(shè)備能夠較有效地診斷并處理自身故障，且相關(guān)信息易于查詢、分析，在維護(hù)上也省時省力。與傳統(tǒng)總線技術(shù)相比，現(xiàn)場總線技術(shù)為用戶提供了更多的選擇，可忽略使用中的不兼容現(xiàn)象，擁有更多的主動掌控權(quán)，同時因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡易，避免了不必要的信號傳輸線路，系統(tǒng)更為可靠，且其準(zhǔn)確度大為提升。

2 電廠自動化涉及的過程控制技術(shù)

電廠自動化即工業(yè)控制自動化主要涉及基礎(chǔ)自動化、過程自動化以及管理自動化，過程自動化通常被PLC（可編程邏輯控制器系統(tǒng)）及DCS（分散控制系統(tǒng)）所壟斷。近年來PC工業(yè)增長顯著，因其成本較為低廉，功能較為強(qiáng)大，與此相關(guān)的自動化系統(tǒng)應(yīng)用范圍越發(fā)廣泛。PLC系統(tǒng)由最初的繼電器作用逐步具備越來越多的功能，其較大的靈活性有助于滿足各種工業(yè)控制要求，未來其將向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化及開放化趨勢前進(jìn)。DCS多通過多個可在網(wǎng)絡(luò)條件下交換數(shù)據(jù)的控制器來監(jiān)控生產(chǎn)過程中的多個控制點，且DCS的容錯設(shè)計使系統(tǒng)更為安全，避免了因計算機(jī)問題所帶來的功能丟失。然而DCS雖功能較為強(qiáng)大，卻通用性欠佳。FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）是發(fā)展中的產(chǎn)物，具備上述系統(tǒng)的優(yōu)勢，同時有自身的優(yōu)勢，能夠支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通信，開放性有所提高，同時更為安全可靠。

3 總線技術(shù)在電廠自動化控制中的應(yīng)用

現(xiàn)今現(xiàn)場總線執(zhí)行2008年標(biāo)準(zhǔn)所劃分的15個通信分類，具體包括基金會現(xiàn)場總線、通用工業(yè)規(guī)定現(xiàn)場總線、PROFIBUS及PROFINET現(xiàn)場總線、P-NET現(xiàn)場總線、World FIP現(xiàn)場總線（法國標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)定）、INTERBUS現(xiàn)場總線、CC-Link現(xiàn)場總線、HART（Highway Addressable Remote Transducer Protocl）現(xiàn)場總線、Vnet/IP現(xiàn)場總線、TCnet現(xiàn)場總線、EtherCAT現(xiàn)場總線、Ethernet POWERLINK現(xiàn)場總線、EPA現(xiàn)場總線、MODBUS-RTPS現(xiàn)場總線以及SERCOS現(xiàn)場總線。總線控制技術(shù)與PLC及DCS系統(tǒng)的進(jìn)程息息相關(guān)，PLC的廣泛使用可追溯至20世紀(jì)80年代，至今有30多年歷史，DSC則誕生于1975年。上文已介紹了現(xiàn)場總線技術(shù)的特點及優(yōu)勢，總線技術(shù)的強(qiáng)大功能使用戶告別DCS或PLC系統(tǒng)的壟斷，有了更多更人性化的選擇。總線技術(shù)雖在電廠中較廣范圍的應(yīng)用，然而還有非常多的發(fā)展前景。因現(xiàn)場總線控制技術(shù)的開放性，使其能夠借由總線接口對DCS和PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，便利了電廠的工作，然而總線技術(shù)成本較高，尚無法普及，還需降低成本。除此之外，電廠在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)時還應(yīng)考慮總線的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)盡量使總線規(guī)格一致，當(dāng)前而言，鑒于PROFIBUS的經(jīng)濟(jì)與開放性，其已成為較優(yōu)的選擇，同時還應(yīng)結(jié)合實際情況進(jìn)行操作和選擇。此外，總線技術(shù)的應(yīng)用安全問題也需要電廠足夠重視。主要安全問題為總線所有設(shè)備幾乎均使用同一條電纜，由此易引發(fā)以一帶十的不利影響，損失是無法想象的。同時也需對供電方式進(jìn)行權(quán)衡，單獨供電、冗余電源的方式較總線供電的方式更為安全可靠。

4 結(jié)語

現(xiàn)場總線是工業(yè)概念，也是數(shù)字化的提升，實質(zhì)上現(xiàn)場總線是傳統(tǒng)信號向數(shù)字通信技術(shù)的提升，它聯(lián)系著智能現(xiàn)場設(shè)備與自動化系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在對各項費用的節(jié)省、各項功能的簡易高效及技術(shù)的安全性。FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）是發(fā)展中的產(chǎn)物，具備多項優(yōu)勢，能夠支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通信，開放性有所提高，同時更為安全可靠。現(xiàn)場總線控制技術(shù)具有較高的開放性，能夠借由總線接口對DCS和PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，對電廠的工作提供很大程度的便利，然而總線技術(shù)成本較高，尚無法普及，還需降低成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 王征.現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠自動化控制中的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2014，（7）.

[2] 張士全.探討現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，（5）.

[3] 李寬.現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2007，（9）.

作者簡介：沈航（1980-），男，浙江杭州人，浙江中控技術(shù)股份有限公司工程師，碩士，研究方向：自動控制理論實踐及自動化項目管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）