現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用思考

1．前言
在電廠信息化的建設(shè)過(guò)程中，越來(lái)越多的專家、學(xué)者和電力工程設(shè)計(jì)人員意識(shí)到推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠應(yīng)用的重要性和迫切性，已有許多論文提出了基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用設(shè)想和建議。但到目前為止，在國(guó)內(nèi)已建和在建電廠中，真正意義上的全面和系統(tǒng)地應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的實(shí)例還未見(jiàn)報(bào)道，見(jiàn)諸于文獻(xiàn)的還只是局部的試點(diǎn)應(yīng)用。大家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)代表了未來(lái)電廠自動(dòng)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(shè)計(jì)中卻又難以進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用呢？
為了便于下面對(duì)這個(gè)問(wèn)題的討論，盡管關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的涵義已反復(fù)在相關(guān)文獻(xiàn)中進(jìn)行了闡述，筆者依然覺(jué)得還是有必要先引用國(guó)際電工委員會(huì)IEC及專家對(duì)什么是現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)作出的定義。
根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的定義：安裝在制造或生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、雙向、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。由現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備組成的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）。而衡量一個(gè)控制系統(tǒng)是否為真正的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS有三個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，即：核心、基礎(chǔ)和本質(zhì)。FCS的核心是總線協(xié)議，只有遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的控制系統(tǒng)，才能稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)；FCS的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)儀表，它是FCS的硬件支撐；FCS的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)是一種全計(jì)算機(jī)、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(chǎng)級(jí)設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)了控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)裝置的雙向通信，消除了生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控的信息“盲點(diǎn)”。可以說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是電廠信息化管理的基礎(chǔ)。
2．現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀
CPU技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)儀表和裝置的數(shù)字化革命，也使得現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)控制功能和設(shè)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(chǎng)設(shè)備的諸多信息，如診斷、量程、組態(tài)和標(biāo)識(shí)等?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)，使得原來(lái)需要大量電纜進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)連接的眾多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)可通過(guò)一根網(wǎng)絡(luò)電纜來(lái)傳輸，可以顯著減少電纜的使用量及降低相關(guān)的材料和安裝費(fèi)用。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)就是要為用戶提供開(kāi)放的、具有可互操作性、可互換性和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量和控制產(chǎn)品，克服傳統(tǒng)DCS和PLC等含有專利性技術(shù)的控制系統(tǒng)所帶來(lái)的封閉性問(wèn)題，擇優(yōu)選擇不同公司的產(chǎn)品，集成最佳的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，降低工程項(xiàng)目的建造和運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
綜合有關(guān)資料的論述，同傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)相比，以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)FCS的優(yōu)越性概括起來(lái)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(kāi)放性
（６）經(jīng)濟(jì)性
（７）可維護(hù)性。
這些特點(diǎn)和優(yōu)越性在相關(guān)的文獻(xiàn)中有詳細(xì)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(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線自身的局限性問(wèn)題。
首先，現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)的結(jié)果就是1999年底IECTC65（負(fù)責(zé)工業(yè)測(cè)量和控制的第65標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）通過(guò)了8種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線作為IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2001年8月經(jīng)過(guò)修訂制定出10種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)（第三版），分別為：
Type1TS61158現(xiàn)場(chǎng)總線
Type2ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場(chǎng)總線
Type3Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線
Type4P-Net現(xiàn)場(chǎng)總線
Type5FFHSE現(xiàn)場(chǎng)總線
Type6SwiftNet現(xiàn)場(chǎng)總線
Type7WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線
Type8Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線
Type9FFH1現(xiàn)場(chǎng)總線
Type10PROFInet現(xiàn)場(chǎng)總線（2003年4月成為正式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）
除了上述10種標(biāo)準(zhǔn)之外，還有IECTC17B通過(guò)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)SDS（SmartDistributedSystem）、ASI（ActuatorSensorInterface）和DeviceNet，以及ISO11898的CAN協(xié)議，還有一些歐洲標(biāo)準(zhǔn)。這么多的標(biāo)準(zhǔn)給用戶應(yīng)用帶來(lái)了很大的困惑，也就導(dǎo)致了沒(méi)有事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)椴煌默F(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之間是不能夠直接進(jìn)行互連和通訊的。
其次，上述各種現(xiàn)場(chǎng)總線是針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)場(chǎng)總線自身存在著應(yīng)用領(lǐng)域的局限性。
在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，離散邏輯控制處于主導(dǎo)地位，因?yàn)楣S自動(dòng)化含有快速移動(dòng)的機(jī)械，同較慢的過(guò)程自動(dòng)化相比，要有更快的響應(yīng)。適用于這類場(chǎng)合的現(xiàn)場(chǎng)總線類型有DeviceNet、ControlNet、Profibus（DP及FMS應(yīng)用行規(guī)）、以及Interbus、ASI（AS-Interface）。
在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)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(kāi)關(guān)量控制。適用于這類場(chǎng)合的現(xiàn)場(chǎng)總線類型有FoundationFieldbus,Profibus-PA、WorldFIP等。