現場總線技術在電廠的應用思考

1．前言
在電廠信息化的建設過程中，越來越多的專家、學者和電力工程設計人員意識到推動現場總線技術在電廠應用的重要性和迫切性，已有許多論文提出了基于現場總線技術的控制系統在電廠的應用設想和建議。但到目前為止，在國內已建和在建電廠中，真正意義上的全面和系統地應用現場總線控制系統的實例還未見報道，見諸于文獻的還只是局部的試點應用。大家對現場總線技術代表了未來電廠自動化的發展方向均持肯定和積極的態度，但為什么在工程設計中卻又難以進入實質性的應用呢？
為了便于下面對這個問題的討論，盡管關于現場總線和現場總線控制系統的涵義已反復在相關文獻中進行了闡述，筆者依然覺得還是有必要先引用國際電工委員會IEC及專家對什么是現場總線及現場總線控制系統作出的定義。
根據國際電工委員會IEC61158標準的定義：安裝在制造或生產過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、雙向、多點通信的數據總線稱為現場總線。由現場總線與現場智能設備組成的控制系統稱為現場總線控制系統FCS（FieldbusControlSystem）。而衡量一個控制系統是否為真正的現場總線控制系統FCS有三個關鍵要點，即：核心、基礎和本質。FCS的核心是總線協議，只有遵循現場總線協議的控制系統，才能稱為現場總線控制系統；FCS的基礎是數字智能現場儀表，它是FCS的硬件支撐；FCS的本質是信息處理現場化，這是FCS的系統效能體現。
從上述定義可以看出，現場總線控制系統是一種全計算機、全數字、雙向通信的新型控制系統。它與DCS的本質差異在于現場級設備的數字化、網絡化，實現了控制裝置與現場裝置的雙向通信，消除了生產過程監控的信息“盲點”。可以說，現場設備級的數字化、網絡化是電廠信息化管理的基礎。
2．現場總線技術的特點及現狀
CPU技術的發展導致了現場儀表和裝置的數字化革命，也使得現場儀表和裝置之間的數字通訊成為可能。數字化、智能化的現場儀表和裝置（如傳感器、執行器等）不僅僅是替代了4～20mA模擬系統，更主要的是可以在現場設備中實現控制功能和設備管理功能，而且有了數字通訊，在控制室可以獲得現場設備的諸多信息，如診斷、量程、組態和標識等。現場總線技術的出現，使得原來需要大量電纜進行點到點連接的眾多現場設備信號可通過一根網絡電纜來傳輸，可以顯著減少電纜的使用量及降低相關的材料和安裝費用。
現場總線技術開發的出發點就是要為用戶提供開放的、具有可互操作性、可互換性和統一標準的測量和控制產品，克服傳統DCS和PLC等含有專利性技術的控制系統所帶來的封閉性問題，擇優選擇不同公司的產品，集成最佳的生產過程控制系統，降低工程項目的建造和運營成本，提高企業的競爭力。
綜合有關資料的論述，同傳統DCS和PLC控制系統相比，以現場總線技術為基礎的控制系統FCS的優越性概括起來有以下幾方面：
（１）互操作性
（２）分散性
（３）可靠性
（４）精確性
（５）開放性
（６）經濟性
（７）可維護性。
這些特點和優越性在相關的文獻中有詳細的闡述，在此不再贅述。既然有這么多的好處，我們為什么不積極使用呢？這就又引出了現場總線的標準之爭以及現場總線自身的局限性問題。
首先，現場總線標準之爭的結果就是1999年底IECTC65（負責工業測量和控制的第65標準化委員會）通過了8種類型的現場總線作為IEC61158國際標準。2001年8月經過修訂制定出10種類型的現場總線標準（第三版），分別為：
Type1TS61158現場總線
Type2ControlNet和Ethernet/IP現場總線
Type3Profibus現場總線
Type4P-Net現場總線
Type5FFHSE現場總線
Type6SwiftNet現場總線
Type7WorldFIP現場總線
Type8Interbus現場總線
Type9FFH1現場總線
Type10PROFInet現場總線（2003年4月成為正式國際標準）
除了上述10種標準之外，還有IECTC17B通過的現場總線標準SDS（SmartDistributedSystem）、ASI（ActuatorSensorInterface）和DeviceNet，以及ISO11898的CAN協議，還有一些歐洲標準。這么多的標準給用戶應用帶來了很大的困惑，也就導致了沒有事實上的統一標準，因為不同的現場總線標準協議之間是不能夠直接進行互連和通訊的。
其次，上述各種現場總線是針對不同的應用領域開發的，現場總線自身存在著應用領域的局限性。
在工廠自動化領域，離散邏輯控制處于主導地位，因為工廠自動化含有快速移動的機械，同較慢的過程自動化相比，要有更快的響應。適用于這類場合的現場總線類型有DeviceNet、ControlNet、Profibus（DP及FMS應用行規）、以及Interbus、ASI（AS-Interface）。
在過程自動化領域，連續的調節性控制占支配地位，但也包含離散或開關量控制。適用于這類場合的現場總線類型有FoundationFieldbus,Profibus-PA、WorldFIP等。