現(xiàn)場(chǎng)總線在火電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景

0 引言
　　
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是隨著電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而于80年代中期產(chǎn)生的，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其鮮明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)很快進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。國(guó)外各大控制設(shè)備制造商也相繼開發(fā)了不同的現(xiàn)場(chǎng)總線，但這些現(xiàn)場(chǎng)總線難以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這從一定程度上影響了現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣應(yīng)用。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線給工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)的變革是具有沖擊性的，因?yàn)樗鼈兏淖兊牟粌H僅是設(shè)備、系統(tǒng)或者技術(shù)，而是將改變?nèi)藗冏鍪碌耐緩胶妥鍪滦枰墓ぞ?。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)誕生已經(jīng)二十多年，但是它們的應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度與其具備的優(yōu)點(diǎn)是不相稱的。隨著市場(chǎng)需求的急劇增長(zhǎng)和包括智能儀表在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的大量出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)?huì)扮演越來(lái)越重要的角色。
　　
1 現(xiàn)場(chǎng)總線在火電站中的應(yīng)用現(xiàn)狀
　　
1．1現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題
　　
IEC早在1984年就開始著手制訂現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但十多年來(lái)，國(guó)際上一些大公司從自身利益出發(fā)，圍繞著現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行了大戰(zhàn)，其結(jié)局是以妥協(xié)而告終。至1999年底，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)、各個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和一些大企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如日本三菱的CC-Link)。多標(biāo)準(zhǔn)就意味著無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。在這種局面下，儀表制造商感到困惑，系統(tǒng)集成商、設(shè)計(jì)院、用戶都不免感到無(wú)所適從，因而在很大程度影響了現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣應(yīng)用。
　　
1．2 現(xiàn)場(chǎng)總線在國(guó)內(nèi)火電站中的應(yīng)用
　　
目前，沒(méi)有一家現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備制造商能提供裝備整個(gè)火電站的所有現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。產(chǎn)品種類相對(duì)較多的FF，2002年的口號(hào)是“自由選擇，帶動(dòng)集”，但其仍缺少許多火電站必需的產(chǎn)品，如用于汽輪機(jī)的測(cè)試計(jì)和振動(dòng)儀、用于鍋爐水質(zhì)檢測(cè)的硅酸根和磷酸根測(cè)量?jī)x等。因此要在火電站構(gòu)筑完整的符合所有現(xiàn)場(chǎng)總線特點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)尚無(wú)能為力。
　　
國(guó)內(nèi)有少量的石化和化工裝置采用了FCS，起到了小規(guī)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(shí)施起來(lái)就比較困難。首先，對(duì)電站設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)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(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備為核心的；DCS和PLC的控制任務(wù)完全由處理器來(lái)完成，而FCS的控制任務(wù)基本上由現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備來(lái)完成，因此，從設(shè)計(jì)的思路、方法等方面將有很大的變革，這對(duì)于須嚴(yán)格遵從設(shè)計(jì)規(guī)程的電力設(shè)計(jì)院來(lái)說(shuō)，進(jìn)行這種變革絕非易事。其次，F(xiàn)CS的應(yīng)用對(duì)生產(chǎn)和管理具有很大的沖擊性，如何利用FCS將火電站的生產(chǎn)和管理提高到一個(gè)新層次本身就是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)意義的課題。所以，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，從生產(chǎn)到管理，在尚未做好面對(duì)FCS的準(zhǔn)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(gè)完整的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)目前還難以迅速應(yīng)用到火電站中，但作為這一技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品已在火電站中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。因?yàn)?，這些具有現(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品符合了火電站追求高效可靠的目標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品在火電站的應(yīng)用采用的是集成的方式，包括現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的集成、現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC的集成和現(xiàn)場(chǎng)總線與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。
　　
DCS已廣泛應(yīng)用于火電站主設(shè)備的控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用要借助于ＤCS。這樣既豐富了DCS的功能，又推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線和FCS的發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線和DCS的集成有兩種方式：現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的I／O總線集成；現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS網(wǎng)絡(luò)的集成。前者是現(xiàn)場(chǎng)儀表或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線接口單元通信，現(xiàn)場(chǎng)總線接口單元再通過(guò)I／0總線與DCS處理器通信。后者是現(xiàn)場(chǎng)儀表或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器通信，現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器直接掛在DCS網(wǎng)絡(luò)上。
　　
PLC已廣泛應(yīng)用于火電站輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用也要借助于PLC?，F(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品已集成到PLC系統(tǒng)中，成為PLC系統(tǒng)中的一部分或者成為PLC系統(tǒng)的延伸部分。以ControlNet為例，ContmlNet最早由美國(guó)Rockwell Automation于1995年10月提出，它是一種高速、高確定性和可重復(fù)性的網(wǎng)絡(luò)，特別適用于對(duì)時(shí)間有苛刻要求的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合的信息傳輸。在火電站中應(yīng)用十分廣泛的PLC系統(tǒng)之一ControlLogix系統(tǒng)就是利用ContmlNet構(gòu)筑分布式I／O網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的。作為PLC系統(tǒng)的延伸，ControlNet還被用作廠級(jí)控制網(wǎng)連接整個(gè)火電站的輔助系統(tǒng)，包括除灰除渣系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等，通過(guò)ControlNet可以實(shí)現(xiàn)全廠輔助系統(tǒng)的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。
　　
現(xiàn)場(chǎng)總線在網(wǎng)絡(luò)方面的特點(diǎn)使其與信息網(wǎng)絡(luò)的集成變得十分自然。工業(yè)以太網(wǎng)便是一個(gè)典型例子。工業(yè)以太網(wǎng)雖不屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的12種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但隨著其迅猛發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著以太網(wǎng)的通信速率的不斷提高和全雙工交換式以太網(wǎng)的誕生，以太網(wǎng)的非確定性問(wèn)題已經(jīng)解決。目前火電站的廠級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)幾乎都是采用以太網(wǎng)，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線與信息網(wǎng)絡(luò)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(xié)議的。但這些儀表并沒(méi)有構(gòu)成HART通信網(wǎng)絡(luò)，HART通信僅用于通過(guò)手操器來(lái)對(duì)儀表進(jìn)行設(shè)定。這一方面說(shuō)明了火電站在智能儀表方面已經(jīng)為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用提供了一些條件，另一方面也說(shuō)明了現(xiàn)場(chǎng)總線在火電站的應(yīng)用確實(shí)具有一定的阻力，這種阻力主要的并不在于投資方面。
　　
2 現(xiàn)場(chǎng)總線在火電站中的應(yīng)用前景
　　
影響現(xiàn)場(chǎng)總線在火電站中推廣應(yīng)用的原因主要表現(xiàn)在：
①在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的情況下，大量應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性；
②現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的選擇范圍太窄，難以滿足火電站的需要；
③現(xiàn)場(chǎng)總線并未達(dá)到真正的可互操作性；
④缺乏大型示范工程；
⑤缺乏現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)火電站的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)和管理等方面的影響的研究；
⑥在國(guó)內(nèi)重硬件輕軟件、重設(shè)備輕服務(wù)的情況下，現(xiàn)場(chǎng)總線在工程投資上難以顯示優(yōu)越性；
⑦在缺乏示范工程的情況下，經(jīng)濟(jì)效益方面沒(méi)有說(shuō)服力。
　　
現(xiàn)場(chǎng)總線在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)先進(jìn)性方面和有利于提高系統(tǒng)可靠性方面是比較明確的，因此盡管存在種種困難，但現(xiàn)場(chǎng)總線還是能逐漸在火電站中得到應(yīng)用，而且這種應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛和越來(lái)越深入。主要理由是：

①由于一些現(xiàn)場(chǎng)總線的支持者同時(shí)也是DCS和PLC的制造商，他們?yōu)榱瞬粩嗵岣咂銬CS和PLC產(chǎn)品的性能，會(huì)不斷地利用和集成現(xiàn)場(chǎng)總線。因此伴隨著。DCS和PLC，現(xiàn)場(chǎng)總線會(huì)在火電站中得到應(yīng)用。
②支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線而不只是一種HART協(xié)議的智能儀表的大量出現(xiàn)和在火電站中的應(yīng)用，推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，這種應(yīng)用開始只是小范圍的和局部的，其出發(fā)點(diǎn)是為了減少控制電纜和獲得更多的儀表信息，這種現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用是以與DCS或PLC的I／0總線集成的形式出現(xiàn)的。
③隨著支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線的變頻器和智能開關(guān)在火電站的廣泛應(yīng)用，連接這些智能設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線也會(huì)得到實(shí)際應(yīng)用，這種應(yīng)用開始也只是小范圍的和局部的，其出發(fā)點(diǎn)是為了減少控制電纜和獲得更多的設(shè)備信息，這種現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用是以與DCS或PLC的網(wǎng)絡(luò)集成的形式出現(xiàn)的。
　　
在一些石化行業(yè)和化工行業(yè)示范性工程的影響下，同時(shí)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)和管理等方面做好一定準(zhǔn)備的情況下，火電站在部分系統(tǒng)上采用：FCS必定能成為現(xiàn)實(shí)，能夠推動(dòng)這一趨勢(shì)的動(dòng)力主要來(lái)自火電站自身利益的要求。能否在整個(gè)火電站采用FCS，則取決于現(xiàn)場(chǎng)總線在技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)等方面的發(fā)展。