现场总线在火电站的应用

    现场总线技术是随着电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的发展而于80年代中期产生的，现场总线技术以其鲜明的特点和优点很快进入各个领域。国外各大控制设备制造商也相继开发了不同的现场总线，但这些现场总线难以形成统一的标准，这从一定程度上影响了现场总线的推广应用。此外，现场总线给工业控制领域带来的变革是具有冲击性的，因为它们改变的不仅仅是设备、系统或者技术，而是将改变人们做事的途径和做事需要的工具。虽然现场总线技术诞生已经二十多年，但是它们的应用范围和应用深度与其具备的优点是不相称的。随着市场需求的急剧增长和包括智能仪表在内的现场总线产品的大量出现，现场总线技术在工业控制领域将会扮演越来越重要的角色。

    1 现场总线在火电站中的应用现状

    1.1 现场总线的标准化问题

    IEC早在1984年就开始着手制订现场总线的国际标准，但十多年来，国际上一些大公司从自身利益出发，围绕着现场总线的国际标准问题进行了大战，其结局是以妥协而告终。至1999年底，国际标准的现场总线已有12种之多，包括：FF、ControlNet、ProfiBus、P―Net、Swift Net、Word FIP、Interbus、AS―i、Device Net、SDS、Seriplex和CAN。此外，还有3种欧洲标准、各个国家标准和一些大企业标准（如日本三菱的CC-Link）。多标准就意味着无标准。在这种局面下，仪表制造商感到困惑，系统集成商、设计院、用户都不免感到无所适从，因而在很大程度影响了现场总线的推广应用。

    1.2 现场总线在国内火电站中的应用

    目前，没有一家现场总线设备制造商能提供装备整个火电站的所有现场总线产品。产品种类相对较多的FF，2002年的口号是“自由选择，带动集”，但其仍缺少许多火电站必需的产品，如用于汽轮机的测试计和振动仪、用于锅炉水质检测的硅酸根和磷酸根测量仪等。因此要在火电站构筑完整的符合所有现场总线特点的现场总线控制系统（FCS）尚无能为力。

    国内有少量的石化和化工装置采用了FCS，起到了小规模示范作用。在火电站部分装置中也具备采用FCS的条件，但实施起来就比较困难。首先，对电站设计来说是完全不同于DCS和PLC，DCS和PLC是以I/O和处理器为核心的，而FCS是以智能化的现场仪表和设备为核心的；DCS和PLC的控制任务完全由处理器来完成，而FCS的控制任务基本上由现场仪表和设备来完成，因此，从设计的思路、方法等方面将有很大的变革，这对于须严格遵从设计规程的电力设计院来说，进行这种变革绝非易事。其次，FCS的应用对生产和管理具有很大的冲击性，如何利用FCS将火电站的生产和管理提高到一个新层次本身就是一项富有挑战意义的课题。所以，从设计到生产，从生产到管理，在尚未做好面对FCS的准备的情况下，将FCS引入火电站（即使是火电站的一部分）是比较困难的。

    虽然作为一个完整的现场总线控制系统目前还难以迅速应用到火电站中，但作为这一技术的现场总线产品已在火电站中得到越来越多的应用。因为，这些现场总线产品符合了火电站追求高效可靠的目标。现场总线产品在火电站的应用采用的是集成的方式，包括现场总线与DCS的集成、现场总线与PLC的集成和现场总线与信息网络的集成。

    DCS已广泛应用于火电站主设备的控制系统，现场总线的应用要借助于DCS。这样既丰富了DCS的功能，又推动了现场总线和FCS的发展。现场总线和DCS的集成有两种方式：现场总线与DCS的I/O总线集成；现场总线与DCS网络的集成。前者是现场仪表或现场设备通过现场总线与现场总线接口单元通信，现场总线接口单元再通过I/0总线与DCS处理器通信。后者是现场仪表或现场设备通过现场总线与现场总线服务器通信，现场总线服务器直接挂在DCS网络上。

    PLC已广泛应用于火电站辅助设备的控制系统，现场总线的应用也要借助于PLC。现场总线中，象Contr01．Net、ProfiBus等本身就是PLC的主要供货商支持的，而且这些现场总线技术和产品已集成到PLC系统中，成为PLC系统中的一部分或者成为PLC系统的延伸部分。以ControlNet为例，ContmlNet最早由美国Rockwell Automation于1995年10月提出，它是一种高速、高确定性和可重复性的网络，特别适用于对时间有苛刻要求的复杂应用场合的信息传输。在火电站中应用十分广泛的PLC系统之一ControlLogix系统就是利用ContmlNet构筑分布式I/O网络系统的。作为PLC系统的延伸，ControlNet还被用作厂级控制网连接整个火电站的辅助系统，包括除灰除渣系统、输煤系统、水处理系统等，通过ControlNet可以实现全厂辅助系统的集中监控和数据共享。

    现场总线在网络方面的特点使其与信息网络的集成变得十分自然。工业以太网便是一个典型例子。工业以太网虽不属于现场总线的12种国际标准，但随着其迅猛发展，工业以太网已成为事实上的工业标准。随着以太网的通信速率的不断提高和全双工交换式以太网的诞生，以太网的非确定性问题已经解决。目前火电站的厂级信息网络系统几乎都是采用以太网，通过工业以太网可实现现场总线与信息网络的集成。[page]

    目前在火电站中，压力变送器等仪表一般都选用智能型、支持HART通信协议的。但这些仪表并没有构成HART通信网络，HART通信仅用于通过手操器来对仪表进行设定。这一方面说明了火电站在智能仪表方面已经为现场总线技术的应用提供了一些条件，另一方面也说明了现场总线在火电站的应用确实具有一定的阻力，这种阻力主要的并不在于投资方面。

    2 现场总线在火电站中的应用前景

    影响现场总线在火电站中推广应用的原因主要表现在：

    ① 在标准不统一的情况下，大量应用现场总线具有一定的风险性；

    ② 现场总线产品的选择范围太窄，难以满足火电站的需要；

    ③ 现场总线并未达到真正的可互操作性；

    ④ 缺乏大型示范工程；

    ⑤ 缺乏现场总线对火电站的设计、安装、调试、生产和管理等方面的影响的研究；

    ⑥ 在国内重硬件轻软件、重设备轻服务的情况下，现场总线在工程投资上难以显示优越性；

    ⑦ 在缺乏示范工程的情况下，经济效益方面没有说服力。

    现场总线在网络技术先进性方面和有利于提高系统可靠性方面是比较明确的，因此尽管存在种种困难，但现场总线还是能逐渐在火电站中得到应用，而且这种应用会越来越广泛和越来越深入。主要理由是：

    ① 由于一些现场总线的支持者同时也是DCS和PLC的制造商，他们为了不断提高其DCS和PLC产品的性能，会不断地利用和集成现场总线。因此伴随着。DCS和PLC，现场总线会在火电站中得到应用。

    ② 支持多种现场总线而不只是一种HART协议的智能仪表的大量出现和在火电站中的应用，推动了现场总线的应用，这种应用开始只是小范围的和局部的，其出发点是为了减少控制电缆和获得更多的仪表信息，这种现场总线的应用是以与DCS或PLC的I/0总线集成的形式出现的。

    ③ 随着支持多种现场总线的变频器和智能开关在火电站的广泛应用，连接这些智能设备的现场总线也会得到实际应用，这种应用开始也只是小范围的和局部的，其出发点是为了减少控制电缆和获得更多的设备信息，这种现场总线的应用是以与DCS或PLC的网络集成的形式出现的。

    在一些石化行业和化工行业示范性工程的影响下，同时在设计、安装、调试、生产和管理等方面做好一定准备的情况下，火电站在部分系统上采用：FCS必定能成为现实，能够推动这一趋势的动力主要来自火电站自身利益的要求。能否在整个火电站采用FCS，则取决于现场总线在技术、产品、服务等方面的发展。