現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用分析

20世紀(jì)80年代，DCS（數(shù)字式分散控制系統(tǒng)）開(kāi)始進(jìn)入電站自動(dòng)化控制領(lǐng)域,由于其在安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益等方面帶來(lái)的正面作用是以往任何一種控制系統(tǒng)無(wú)法與其相提并論的，因此，DCS在電站被廣泛使用。

目前300MW以上機(jī)組，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)機(jī)組還是引進(jìn)機(jī)組，無(wú)一例外采用DCS，就連200MW、100MW機(jī)組也在使用DCS來(lái)進(jìn)行改造，甚至于一些自備電廠的25MW、12MW的火電機(jī)組也采用DCS系統(tǒng)。

那么，作為20世紀(jì)90年代才走向?qū)嵱没?，在自?dòng)化領(lǐng)域內(nèi)最為新型的控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fieldbus control system,FCS），能否也像DCS系統(tǒng)一樣被電站接受并廣為推廣使用?

1　FCS與DCS相比較最顯著的特點(diǎn)

根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC1158定義:安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線。

以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS。即:現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)。

DCS與FCS的具體比較如下:

（1） DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到位，事后擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。
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（2） DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而FCS系統(tǒng)是開(kāi)放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場(chǎng)總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。
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（3） DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
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（4） FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，從而改善調(diào)節(jié)性能。
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（5） DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，無(wú)法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測(cè)信息差錯(cuò)的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制。因此，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無(wú)法比擬的。

（6） FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時(shí)也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，有專(zhuān)家認(rèn)為可以節(jié)省60%。

（7）與（6）同樣的理由，F(xiàn)CS系統(tǒng)可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時(shí)也節(jié)省了設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)費(fèi)用，有專(zhuān)家認(rèn)為可以節(jié)省66%。
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對(duì)于（6）、（7）兩點(diǎn)應(yīng)補(bǔ)充說(shuō)明的是，采用FCS系統(tǒng)，節(jié)省投資的效果是勿庸置疑的，但是否如有的專(zhuān)家所說(shuō)達(dá)60%～66%，尚有待給出客觀評(píng)價(jià)，盡管這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn)，筆者認(rèn)為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果，目前還未找到這些數(shù)字的原始出處。因此，讀者在引用這些數(shù)字時(shí)要慎重。
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（8） FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡(jiǎn)單，由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，便于安裝、運(yùn)行、維護(hù)。
（9） 用于過(guò)程控制的FCS設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要點(diǎn)。這一點(diǎn)并不作為DCS的比較，只是說(shuō)明用于過(guò)程控制或者用于模擬連續(xù)過(guò)程類(lèi)的FCS在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。
1） 要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。
　 2） 基本監(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應(yīng)，因此，節(jié)點(diǎn)監(jiān)控并不需要很快的電子學(xué)的響應(yīng)時(shí)間，但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主-從之間的集中輪詢(xún)制，這在技術(shù)上是合理的，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。
3） 流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量，其物理原理是古典的，但傳感器、變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展。
4） 作為針對(duì)連續(xù)過(guò)程類(lèi)及其儀器儀表而開(kāi)發(fā)的FCS系統(tǒng)，應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計(jì)完善。