現場總線在火電站的應用

現場總線技術是隨著電子、儀器儀表、計算機技術和網絡技術的發展而于80年代中期產生的，現場總線技術以其鮮明的特點和優點很快進入各個領域。國外各大控制設備制造商也相繼開發了不同的現場總線，但這些現場總線難以形成統一的標準，這從一定程度上影響了現場總線的推廣應用。此外，現場總線給工業控制領域帶來的變革是具有沖擊性的，因為它們改變的不僅僅是設備、系統或者技術，而是將改變人們做事的途徑和做事需要的工具。雖然現場總線技術誕生已經二十多年，但是它們的應用范圍和應用深度與其具備的優點是不相稱的。隨著市場需求的急劇增長和包括智能儀表在內的現場總線產品的大量出現，現場總線技術在工業控制領域將會扮演越來越重要的角色。

　　
　　　　1 現場總線在火電站中的應用現狀
　　
　　　　1．1現場總線的標準化問題
　　
　　　　IEC早在1984年就開始著手制訂現場總線的國際標準，但十多年來，國際上一些大公司從自身利益出發，圍繞著現場總線的國際標準問題進行了大戰，其結局是以妥協而告終。至1999年底，國際標準的現場總線已有12種之多，包括：FF、ControlNet、ProfiBus、P—Net、Swift Net、Word FIP、Interbus、AS—i、Device Net、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場總線的推廣應用。
　　
　　　　1．2 現場總線在國內火電站中的應用
　　
　　　　目前，沒有一家現場總線設備制造商能提供裝備整個火電站的所有現場總線產品。產品種類相對較多的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品，如用于汽輪機的測試計和振動儀、用于鍋爐水質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場總線特點的現場總線控制系統(FCS)尚無能為力。
　　
　　　　國內有少量的石化和化工裝置采用了FCS，起到了小規模示范作用。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程的電力設計院來說，進行這種變革絕非易事。其次，FCS的應用對生產和管理具有很大的沖擊性，如何利用FCS將火電站的生產和管理提高到一個新層次本身就是一項富有挑戰意義的課題。所以，從設計到生產，從生產到管理，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場總線控制系統目前還難以迅速應用到火電站中，但作為這一技術的現場總線產品已在火電站中得到越來越多的應用。因為，這些現場總線產品符合了火電站追求高效可靠的目標。現場總線產品在火電站的應用采用的是集成的方式，包括現場總線與DCS的集成、現場總線與PLC的集成和現場總線與信息網絡的集成。
　　
　　　　DCS已廣泛應用于火電站主設備的控制系統，現場總線的應用要借助于ＤCS。這樣既豐富了DCS的功能，又推動了現場總線和FCS的發展。現場總線和DCS的集成有兩種方式：現場總線與DCS的I／O總線集成；現場總線與DCS網絡的集成。前者是現場儀表或現場設備通過現場總線與現場總線接口單元通信，現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
　　場儀表或現場設備通過現場總線與現場總線服務器通信，現場總線服務器直接掛在DCS網絡上。
　　
　　　　PLC已廣泛應用于火電站輔助設備的控制系統，現場總線的應用也要借助于PLC。現場總線中，象Contr01．Net、ProfiBus等本身就是PLC的主要供貨商支持的，而且這些現場總線技術和產品已集成到PLC系統中，成為PLC系統中的一部分或者成為PLC系統的延伸部分。以ControlNet為例，ContmlNet最早由美國Rockwell Automation于1995年10月提出，它是一種高速、高確定性和可重復性的網絡，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系統之一ControlLogix系統就是利用ContmlNet構筑分布式I／O網絡系統的。作為PLC系統的延伸，ControlNet還被用作廠級控制網連接整個火電站的輔助系統，包括除灰除渣系統、輸煤系統、水處理系統等，通過ControlNet可以實現全廠輔助系統的集中監控和數據共享。
　　
　　　　現場總線在網絡方面的特點使其與信息網絡的集成變得十分自然。工業以太網便是一個典型例子。工業以太網雖不屬于現場總線的12種國際標準，但隨著其迅猛發展，工業以太網已成為事實上的工業標準。隨著以太網的通信速率的不斷提高和全雙工交換式以太網的誕生，以太網的非確定性問題已經解決。目前火電站的廠級信息網絡系統幾乎都是采用以太網，通過工業以太網可實現現場總線與信息網絡的集成。
　　
　　　　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通信協議的。但這些儀表并沒有構成HART通信網絡，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為現場總線技術的應用提供了一些條件，另一方面也說明了現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 現場總線在火電站中的應用前景
　　
　　　　影響現場總線在火電站中推廣應用的原因主要表現在：
　　　　①在標準不統一的情況下，大量應用現場總線具有一定的風險性；
　　　　②現場總線產品的選擇范圍太窄，難以滿足火電站的需要；
　　　　③現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缺乏現場總線對火電站的設計、安裝、調試、生產和管理等方面的影響的研究；
　　　　⑥在國內重硬件輕軟件、重設備輕服務的情況下，現場總線在工程投資上難以顯示優越性；
　　　　⑦在缺乏示范工程的情況下，經濟效益方面沒有說服力。
　　
　　　　現場總線在網絡技術先進性方面和有利于提高系統可靠性方面是比較明確的，因此盡管存在種種困難，但現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由于一些現場總線的支持者同時也是DCS和PLC的制造商，他們為了不斷提高其DCS和PLC產品的性能，會不斷地利用和集成現場總線。因此伴隨著。DCS和PLC，現場總線會在火電站中得到應用。
　　　　②支持多種現場總線而不只是一種HART協議的智能儀表的大量出現和在火電站中的應用，推動了現場總線的應用，這種應用開始只是小范圍的和局部的，其出發點是為了減少控制電纜和獲得更多的儀表信息，這種現場總線的應用是以與DCS或PLC的I／0總線集成的形式出現的。
　　　　③隨著支持多種現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，其出發點是為了減少控制電纜和獲得更多的設備信息，這種現場總線的應用是以與DCS或PLC的網絡集成的形式出現的。
　　
　　　　在一些石化行業和化工行業示范性工程的影響下，同時在設計、安裝、調試、生產和管理等方面做好一定準備的情況下，火電站在部分系統上采用：FCS必定能成為現實，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，則取決于現場總線在技術、產品、服務等方面的發展。