現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用分析

20世紀80年代，DCS（數(shù)字式分散控制系統(tǒng)）開始進入電站自動化控制領(lǐng)域,由于其在安全生產(chǎn)與經(jīng)濟效益等方面帶來的正面作用是以往任何一種控制系統(tǒng)無法與其相提并論的，因此，DCS在電站被廣泛使用。

目前300MW以上機組，無論是國產(chǎn)機組還是引進機組，無一例外采用DCS，就連200MW、100MW機組也在使用DCS來進行改造，甚至于一些自備電廠的25MW、12MW的火電機組也采用DCS系統(tǒng)。

那么，作為20世紀90年代才走向?qū)嵱没?，在自動化領(lǐng)域內(nèi)最為新型的控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fieldbus control system,FCS），能否也像DCS系統(tǒng)一樣被電站接受并廣為推廣使用?

1　FCS與DCS相比較最顯著的特點

根據(jù)國際電工委員會IEC1158定義:安裝在制造或過程區(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、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。

以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。即:現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)。

DCS與FCS的具體比較如下:

（1） DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到位，事后擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

（2） DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線，達到最佳的系統(tǒng)集成。

（3） DCS系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。

（4） FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，從而改善調(diào)節(jié)性能。

（5） DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是，由于其自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置（含變送器、執(zhí)行器等）進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS系統(tǒng)這點優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無法比擬的。

（6） FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，有專家認為可以節(jié)省60%。

（7）與（6）同樣的理由，F(xiàn)CS系統(tǒng)可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時也節(jié)省了設(shè)計、安裝和維護費用，有專家認為可以節(jié)省66%。

對于（6）、（7）兩點應(yīng)補充說明的是，采用FCS系統(tǒng)，節(jié)省投資的效果是勿庸置疑的，但是否如有的專家所說達60%～66%，尚有待給出客觀評價，盡管這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn)，筆者認為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果，目前還未找到這些數(shù)字的原始出處。因此，讀者在引用這些數(shù)字時要慎重。

（8） FCS相對于DCS組態(tài)簡單，由于結(jié)構(gòu)、性能標準化，便于安裝、運行、維護。
（9） 用于過程控制的FCS設(shè)計開發(fā)要點。這一點并不作為DCS的比較，只是說明用于過程控制或者用于模擬連續(xù)過程類的FCS在設(shè)計開發(fā)中應(yīng)重點考慮的問題。
1） 要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。
　 2） 基本監(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應(yīng)，因此，節(jié)點監(jiān)控并不需要很快的電子學(xué)的響應(yīng)時間，但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主-從之間的集中輪詢制，這在技術(shù)上是合理的，在經(jīng)濟上是有利的。
3） 流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測量，其物理原理是古典的，但傳感器、變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展。
4） 作為針對連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS系統(tǒng)，應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計完善。