現場總線技術在電廠自動化控制中的應用

摘要：現場總線指具有數字化模式及多點通信的安裝在生產或過程場地的現場裝置及控制室中的自動裝置之間的數據總線。現場總線技術具有系統開放、互用靈活、結構簡化、操作高效便捷的特點。文章概述了現場總線及其技術的概念、特點及優勢，介紹了電廠自動化涉及的過程控制技術、總線控制系統及其在電廠自動化中的發展及應用現狀。

關鍵詞：現場總線技術；電廠；自動化控制；數據總線；數字化模式 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM769 文章編號：1009-2374（2015）16-0042-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.020

現場總線技術是科技時代發展的必然趨勢，技術水平較高，其所取得的成果涉及電子、儀表、計算機網絡等方面。自動化技術因其便捷性以及高記憶性等優勢將成為未來社會發展的一大前景，而自動化技術的熱點技術中，現場總線技術也歸屬其中。現場總線技術產生已有一段時間，在化工、石油以及冶金等多個領域已收到一定的成效，然而在國內該技術與電廠自動化控制的聯系尚在嘗試階段。而隨著電廠需求及數字化進程的推進，現場總線技術將在電廠自動化控制中逐漸占據更重要的比重，領域的應用也將成為一項較新的挑戰。

1 現場總線技術及其優勢概述

1.1 現場總線及現場總線技術

顧名思義，現場總線簡言之即安裝在現場的總線，現場的范圍具體涉及到生產或過程場地的現場裝置及控制室中的自動裝置之間，總線詳指數據總線，具有數字化模式及多點通信。現場總線是工業概念，也是數字化的提升，實質上，現場總線是傳統信號向數字通信技術的提升，它聯系著智能現場設備與自動化系統，其主要的工作職責是工業現場內的智能設備之間數據的傳輸。

1.2 現場總線技術的特點

現場總線技術具有開放的系統、互用靈活、結構簡化、操作高效便捷，同時對環境有很好的適應性。現場總線技術的通信協議是公開的，設備的廠家雖不相同，然而其間的互連及信息交換行為不受限制，有很強的開放性，不止是功能的開放，同時也是標準的開放，且開放性始終是現場總線技術的基本也是深層追求。現場總線技術智能程度較高，其具有包含測量、計算、控制與處理等多項功能，同時其功能多分散于現場設備中，操作更為便捷，基本上可以實現自動控制，結構更為簡易化，性能更為安全化。現場總線技術有雙絞線、光纜、電力線等多種選擇，安全可靠且能較為有效地抵抗干擾，對現場環境可以較好地適應。

1.3 現場總線技術的優勢

現場總線技術的優勢主要表現在對各項費用的節省、各項功能的簡易高效及技術的安全性。首先，費用方面現場總線系統分散于設備之中，很多硬件無需專用，選擇共用即可，由此硬件采購方面節省了開支。同時，現場總線安裝非常容易，可自行安裝。此外，現場控制設備能夠較有效地診斷并處理自身故障，且相關信息易于查詢、分析，在維護上也省時省力。與傳統總線技術相比，現場總線技術為用戶提供了更多的選擇，可忽略使用中的不兼容現象，擁有更多的主動掌控權，同時因系統結構簡易，避免了不必要的信號傳輸線路，系統更為可靠，且其準確度大為提升。

2 電廠自動化涉及的過程控制技術

電廠自動化即工業控制自動化主要涉及基礎自動化、過程自動化以及管理自動化，過程自動化通常被PLC（可編程邏輯控制器系統）及DCS（分散控制系統）所壟斷。近年來PC工業增長顯著，因其成本較為低廉，功能較為強大，與此相關的自動化系統應用范圍越發廣泛。PLC系統由最初的繼電器作用逐步具備越來越多的功能，其較大的靈活性有助于滿足各種工業控制要求，未來其將向微型化、網絡化、PC化及開放化趨勢前進。DCS多通過多個可在網絡條件下交換數據的控制器來監控生產過程中的多個控制點，且DCS的容錯設計使系統更為安全，避免了因計算機問題所帶來的功能丟失。然而DCS雖功能較為強大，卻通用性欠佳。FCS（現場總線控制系統）是發展中的產物，具備上述系統的優勢，同時有自身的優勢，能夠支持雙向、多節點、總線式的全數字通信，開放性有所提高，同時更為安全可靠。

3 總線技術在電廠自動化控制中的應用

現今現場總線執行2008年標準所劃分的15個通信分類，具體包括基金會現場總線、通用工業規定現場總線、PROFIBUS及PROFINET現場總線、P-NET現場總線、World FIP現場總線（法國標準通信協定）、INTERBUS現場總線、CC-Link現場總線、HART（Highway Addressable Remote Transducer Protocl）現場總線、Vnet/IP現場總線、TCnet現場總線、EtherCAT現場總線、Ethernet POWERLINK現場總線、EPA現場總線、MODBUS-RTPS現場總線以及SERCOS現場總線。總線控制技術與PLC及DCS系統的進程息息相關，PLC的廣泛使用可追溯至20世紀80年代，至今有30多年歷史，DSC則誕生于1975年。上文已介紹了現場總線技術的特點及優勢，總線技術的強大功能使用戶告別DCS或PLC系統的壟斷，有了更多更人性化的選擇。總線技術雖在電廠中較廣范圍的應用，然而還有非常多的發展前景。因現場總線控制技術的開放性，使其能夠借由總線接口對DCS和PLC系統進行控制，便利了電廠的工作，然而總線技術成本較高，尚無法普及，還需降低成本。除此之外，電廠在應用現場總線技術時還應考慮總線的標準，應盡量使總線規格一致，當前而言，鑒于PROFIBUS的經濟與開放性，其已成為較優的選擇，同時還應結合實際情況進行操作和選擇。此外，總線技術的應用安全問題也需要電廠足夠重視。主要安全問題為總線所有設備幾乎均使用同一條電纜，由此易引發以一帶十的不利影響，損失是無法想象的。同時也需對供電方式進行權衡，單獨供電、冗余電源的方式較總線供電的方式更為安全可靠。

4 結語

現場總線是工業概念，也是數字化的提升，實質上現場總線是傳統信號向數字通信技術的提升，它聯系著智能現場設備與自動化系統。現場總線技術的優勢主要表現在對各項費用的節省、各項功能的簡易高效及技術的安全性。FCS（現場總線控制系統）是發展中的產物，具備多項優勢，能夠支持雙向、多節點、總線式的全數字通信，開放性有所提高，同時更為安全可靠。現場總線控制技術具有較高的開放性，能夠借由總線接口對DCS和PLC系統進行控制，對電廠的工作提供很大程度的便利，然而總線技術成本較高，尚無法普及，還需降低成本。

參考文獻

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[2] 張士全.探討現場總線技術在電廠中的應用[J].科技創新導報，2012，（5）.

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作者簡介：沈航（1980-），男，浙江杭州人，浙江中控技術股份有限公司工程師，碩士，研究方向：自動控制理論實踐及自動化項目管理。

（責任編輯：秦遜玉）