現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線指具有數(shù)字化模式及多點(diǎn)通信的安裝在生產(chǎn)或過程場(chǎng)地的現(xiàn)場(chǎng)裝置及控制室中的自動(dòng)裝置之間的數(shù)據(jù)總線。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有系統(tǒng)開放、互用靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、操作高效便捷的特點(diǎn)。文章概述了現(xiàn)場(chǎng)總線及其技術(shù)的概念、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，介紹了電廠自動(dòng)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(dòng)化中的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；電廠；自動(dòng)化控制；數(shù)據(jù)總線；數(shù)字化模式 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是科技時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，技術(shù)水平較高，其所取得的成果涉及電子、儀表、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等方面。自動(dòng)化技術(shù)因其便捷性以及高記憶性等優(yōu)勢(shì)將成為未來社會(huì)發(fā)展的一大前景，而自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)技術(shù)中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也歸屬其中。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生已有一段時(shí)間，在化工、石油以及冶金等多個(gè)領(lǐng)域已收到一定的成效，然而在國(guó)內(nèi)該技術(shù)與電廠自動(dòng)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(chǎng)總線技術(shù)將在電廠自動(dòng)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(xiàng)較新的挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)概述

1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

顧名思義，現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)言之即安裝在現(xiàn)場(chǎng)的總線，現(xiàn)場(chǎng)的范圍具體涉及到生產(chǎn)或過程場(chǎng)地的現(xiàn)場(chǎng)裝置及控制室中的自動(dòng)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(diǎn)通信?，F(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)概念，也是數(shù)字化的提升，實(shí)質(zhì)上，現(xiàn)場(chǎng)總線是傳統(tǒng)信號(hào)向數(shù)字通信技術(shù)的提升，它聯(lián)系著智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)，其主要的工作職責(zé)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的智能設(shè)備之間數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有開放的系統(tǒng)、互用靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、操作高效便捷，同時(shí)對(duì)環(huán)境有很好的適應(yīng)性?，F(xiàn)場(chǎng)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(shí)也是標(biāo)準(zhǔn)的開放，且開放性始終是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基本也是深層追求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)智能程度較高，其具有包含測(cè)量、計(jì)算、控制與處理等多項(xiàng)功能，同時(shí)其功能多分散于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，操作更為便捷，基本上可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)易化，性能更為安全化?，F(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可以較好地適應(yīng)。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用的節(jié)省、各項(xiàng)功能的簡(jiǎn)易高效及技術(shù)的安全性。首先，費(fèi)用方面現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線安裝非常容易，可自行安裝。此外，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)省力。與傳統(tǒng)總線技術(shù)相比，現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)掌控權(quán)，同時(shí)因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，避免了不必要的信號(hào)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(dòng)化涉及的過程控制技術(shù)

電廠自動(dòng)化即工業(yè)控制自動(dòng)化主要涉及基礎(chǔ)自動(dòng)化、過程自動(dòng)化以及管理自動(dòng)化，過程自動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(shì)前進(jìn)。DCS多通過多個(gè)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(gè)控制點(diǎn)，且DCS的容錯(cuò)設(shè)計(jì)使系統(tǒng)更為安全，避免了因計(jì)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(chǎng)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(shì)，同時(shí)有自身的優(yōu)勢(shì)，能夠支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信，開放性有所提高，同時(shí)更為安全可靠。

3 總線技術(shù)在電廠自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

現(xiàn)今現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行2008年標(biāo)準(zhǔn)所劃分的15個(gè)通信分類，具體包括基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、通用工業(yè)規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)總線、PROFIBUS及PROFINET現(xiàn)場(chǎng)總線、P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線、World FIP現(xiàn)場(chǎng)總線（法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)定）、INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線、CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線、HART（Highway Addressable Remote Transducer Protocl）現(xiàn)場(chǎng)總線、Vnet/IP現(xiàn)場(chǎng)總線、TCnet現(xiàn)場(chǎng)總線、EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線、Ethernet POWERLINK現(xiàn)場(chǎng)總線、EPA現(xiàn)場(chǎng)總線、MODBUS-RTPS現(xiàn)場(chǎng)總線以及SERCOS現(xiàn)場(chǎng)總線?？偩€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(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，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?？偩€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(chǎng)總線控制技術(shù)的開放性，使其能夠借由總線接口對(duì)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(chǎng)總線技術(shù)時(shí)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(shí)還應(yīng)結(jié)合實(shí)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(shí)也需對(duì)供電方式進(jìn)行權(quán)衡，單獨(dú)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(chǎng)總線是工業(yè)概念，也是數(shù)字化的提升，實(shí)質(zhì)上現(xiàn)場(chǎng)總線是傳統(tǒng)信號(hào)向數(shù)字通信技術(shù)的提升，它聯(lián)系著智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在對(duì)各項(xiàng)費(fèi)用的節(jié)省、各項(xiàng)功能的簡(jiǎn)易高效及技術(shù)的安全性。FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）是發(fā)展中的產(chǎn)物，具備多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，能夠支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信，開放性有所提高，同時(shí)更為安全可靠。現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)具有較高的開放性，能夠借由總線接口對(duì)DCS和PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)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)

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作者簡(jiǎn)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(dòng)控制理論實(shí)踐及自動(dòng)化項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）