現(xiàn)場總線在火電站的應用

1現(xiàn)場總線在火電站中的應用現(xiàn)狀

1.1現(xiàn)場總線的標準化問題

IEC早在1984年就開始著手制訂現(xiàn)場總線的國際標準，但十多年來，國際上一些大公司從自身利益出發(fā)，圍繞著現(xiàn)場總線的國際標準問題進行了大戰(zhàn)，其結局是以妥協(xié)而告終。至1999年底，國際標準的現(xiàn)場總線已有12種之多，包括：FF、ControlNet、ProfiBus、P―Net、SwiftNet、WordFIP、Interbus、AS―i、DeviceNet、SDS、Seriplex和CAN。此外，還有3種歐洲標準、各個國家標準和一些大企業(yè)標準（如日本三菱的CC-Link）。多標準就意味著無標準。在這種局面下，儀表制造商感到困惑，系統(tǒng)集成商、設計院、用戶都不免感到無所適從，因而在很大程度影響了現(xiàn)場總線的推廣應用。

1.2現(xiàn)場總線在國內(nèi)火電站中的應用

目前，沒有一家現(xiàn)場總線設備制造商能提供裝備整個火電站的所有現(xiàn)場總線產(chǎn)品。產(chǎn)品種類相對較多的FF，2002年的口號是“自由選擇，帶動集”，但其仍缺少許多火電站必需的產(chǎn)品，如用于汽輪機的測試計和振動儀、用于鍋爐水質(zhì)檢測的硅酸根和磷酸根測量儀等。因此要在火電站構筑完整的符合所有現(xiàn)場總線特點的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）尚無能為力。

國內(nèi)有少量的石化和化工裝置采用了FCS，起到了小規(guī)模示范作用。在火電站部分裝置中也具備采用FCS的條件，但實施起來就比較困難。首先，對電站設計來說是完全不同于DCS和PLC，DCS和PLC是以I/O和處理器為核心的，而FCS是以智能化的現(xiàn)場儀表和設備為核心的；DCS和PLC的控制任務完全由處理器來完成，而FCS的控制任務基本上由現(xiàn)場儀表和設備來完成，因此，從設計的思路、方法等方面將有很大的變革，這對于須嚴格遵從設計規(guī)程的電力設計院來說，進行這種變革絕非易事。其次，F(xiàn)CS的應用對生產(chǎn)和管理具有很大的沖擊性，如何利用FCS將火電站的生產(chǎn)和管理提高到一個新層次本身就是一項富有挑戰(zhàn)意義的課題。所以，從設計到生產(chǎn)，從生產(chǎn)到管理，在尚未做好面對FCS的準備的情況下，將FCS引入火電站（即使是火電站的一部分）是比較困難的。

雖然作為一個完整的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)目前還難以迅速應用到火電站中，但作為這一技術的現(xiàn)場總線產(chǎn)品已在火電站中得到越來越多的應用。因為，這些現(xiàn)場總線產(chǎn)品符合了火電站追求高效可靠的目標。現(xiàn)場總線產(chǎn)品在火電站的應用采用的是集成的方式，包括現(xiàn)場總線與DCS的集成、現(xiàn)場總線與PLC的集成和現(xiàn)場總線與信息網(wǎng)絡的集成。

DCS已廣泛應用于火電站主設備的控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線的應用要借助于DCS。這樣既豐富了DCS的功能，又推動了現(xiàn)場總線和FCS的發(fā)展?，F(xiàn)場總線和DCS的集成有兩種方式：現(xiàn)場總線與DCS的I/O總線集成；現(xiàn)場總線與DCS網(wǎng)絡的集成。前者是現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設備通過現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線接口單元通信，現(xiàn)場總線接口單元再通過I/0總線與DCS處理器通信。后者是現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設備通過現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線服務器通信，現(xiàn)場總線服務器直接掛在DCS網(wǎng)絡上。

PLC已廣泛應用于火電站輔助設備的控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線的應用也要借助于PLC。現(xiàn)場總線中，象Contr01．Net、ProfiBus等本身就是PLC的主要供貨商支持的，而且這些現(xiàn)場總線技術和產(chǎn)品已集成到PLC系統(tǒng)中，成為PLC系統(tǒng)中的一部分或者成為PLC系統(tǒng)的延伸部分。以ControlNet為例，ContmlNet最早由美國RockwellAutomation于1995年10月提出，它是一種高速、高確定性和可重復性的網(wǎng)絡，特別適用于對時間有苛刻要求的復雜應用場合的信息傳輸。在火電站中應用十分廣泛的PLC系統(tǒng)之一ControlLogix系統(tǒng)就是利用ContmlNet構筑分布式I/O網(wǎng)絡系統(tǒng)的。作為PLC系統(tǒng)的延伸，ControlNet還被用作廠級控制網(wǎng)連接整個火電站的輔助系統(tǒng)，包括除灰除渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等，通過ControlNet可以實現(xiàn)全廠輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。

現(xiàn)場總線在網(wǎng)絡方面的特點使其與信息網(wǎng)絡的集成變得十分自然。工業(yè)以太網(wǎng)便是一個典型例子。工業(yè)以太網(wǎng)雖不屬于現(xiàn)場總線的12種國際標準，但隨著其迅猛發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)已成為事實上的工業(yè)標準。隨著以太網(wǎng)的通信速率的不斷提高和全雙工交換式以太網(wǎng)的誕生，以太網(wǎng)的非確定性問題已經(jīng)解決。目前火電站的廠級信息網(wǎng)絡系統(tǒng)幾乎都是采用以太網(wǎng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)可實現(xiàn)現(xiàn)場總線與信息網(wǎng)絡的集成。[next]

目前在火電站中，壓力變送器等儀表一般都選用智能型、支持HART通信協(xié)議的。但這些儀表并沒有構成HART通信網(wǎng)絡，HART通信僅用于通過手操器來對儀表進行設定。這一方面說明了火電站在智能儀表方面已經(jīng)為現(xiàn)場總線技術的應用提供了一些條件，另一方面也說明了現(xiàn)場總線在火電站的應用確實具有一定的阻力，這種阻力主要的并不在于投資方面。

2現(xiàn)場總線在火電站中的應用前景

影響現(xiàn)場總線在火電站中推廣應用的原因主要表現(xiàn)在：

①在標準不統(tǒng)一的情況下，大量應用現(xiàn)場總線具有一定的風險性；

②現(xiàn)場總線產(chǎn)品的選擇范圍太窄，難以滿足火電站的需要；

③現(xiàn)場總線并未達到真正的可互操作性；

④缺乏大型示范工程；

⑤缺乏現(xiàn)場總線對火電站的設計、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)和管理等方面的影響的研究；

⑥在國內(nèi)重硬件輕軟件、重設備輕服務的情況下，現(xiàn)場總線在工程投資上難以顯示優(yōu)越性；

⑦在缺乏示范工程的情況下，經(jīng)濟效益方面沒有說服力。

現(xiàn)場總線在網(wǎng)絡技術先進性方面和有利于提高系統(tǒng)可靠性方面是比較明確的，因此盡管存在種種困難，但現(xiàn)場總線還是能逐漸在火電站中得到應用，而且這種應用會越來越廣泛和越來越深入。主要理由是：

①由于一些現(xiàn)場總線的支持者同時也是DCS和PLC的制造商，他們?yōu)榱瞬粩嗵岣咂銬CS和PLC產(chǎn)品的性能，會不斷地利用和集成現(xiàn)場總線。因此伴隨著。DCS和PLC，現(xiàn)場總線會在火電站中得到應用。

②支持多種現(xiàn)場總線而不只是一種HART協(xié)議的智能儀表的大量出現(xiàn)和在火電站中的應用，推動了現(xiàn)場總線的應用，這種應用開始只是小范圍的和局部的，其出發(fā)點是為了減少控制電纜和獲得更多的儀表信息，這種現(xiàn)場總線的應用是以與DCS或PLC的I/0總線集成的形式出現(xiàn)的。

③隨著支持多種現(xiàn)場總線的變頻器和智能開關在火電站的廣泛應用，連接這些智能設備的現(xiàn)場總線也會得到實際應用，這種應用開始也只是小范圍的和局部的，其出發(fā)點是為了減少控制電纜和獲得更多的設備信息，這種現(xiàn)場總線的應用是以與DCS或PLC的網(wǎng)絡集成的形式出現(xiàn)的。

在一些石化行業(yè)和化工行業(yè)示范性工程的影響下，同時在設計、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)和管理等方面做好一定準備的情況下，火電站在部分系統(tǒng)上采用：FCS必定能成為現(xiàn)實，能夠推動這一趨勢的動力主要來自火電站自身利益的要求。能否在整個火電站采用FCS，則取決于現(xiàn)場總線在技術、產(chǎn)品、服務等方面的發(fā)展。