摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）是一種全開放、全數(shù)字、全分散的新型控制系統(tǒng)，其zui顯著的特點(diǎn)是設(shè)備級(jí)數(shù)字化。設(shè)備狀態(tài)信號(hào)傳輸至集控室不會(huì)造成成本和通訊負(fù)荷的增加，并使得設(shè)備故障檢修變?yōu)樵O(shè)備狀態(tài)維修。FCS具有投資少，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)工作量小，易于系統(tǒng)擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　一、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
　　
　　根據(jù)電工委員會(huì)IECl158定義，安裝在制造或過程區(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)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。目前現(xiàn)場(chǎng)總線還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用較廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有Profibus總線和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）。
　　
　　（l）FCS突破了傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器（PLC）、DCS信號(hào)"點(diǎn)對(duì)點(diǎn)"傳輸?shù)氖`，通過FCS通訊傳輸除對(duì)實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)有一定限制外，對(duì)于非實(shí)時(shí)性的狀態(tài)、診斷、參數(shù)化的數(shù)據(jù)沒有限制。如對(duì)于Profibus總線的ProfibuS-DP支路，為了保證控制和過程測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，對(duì)循環(huán)周期數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設(shè)置時(shí)限制輸入和輸出均在244個(gè)字節(jié)內(nèi)，這對(duì)于絕大多數(shù)的DP設(shè)備是足夠的（如電動(dòng)機(jī)控制模塊（SIMOCODE）的輸入、輸出各4個(gè)字節(jié)，已包含較多的狀態(tài)信息），而非循環(huán)周期數(shù)據(jù)通訊則根據(jù)設(shè)備的不同，能夠傳送幾十到二百多個(gè)字節(jié)，并且不影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。如SIMOCODE可組態(tài)20個(gè)字節(jié)的非循環(huán)周期數(shù)據(jù)采集。
　　
　　（2）FCS的應(yīng)用將促進(jìn)信息管理、設(shè)備管理、優(yōu)化控制等軟件的發(fā)展。FCS建立了全面、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，在生產(chǎn)過程中獲得的過程信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息量，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修、性能優(yōu)化控制和管理奠定了更加可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　
　　（3）系統(tǒng)成本低。采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可節(jié)省大量傳統(tǒng)的I/0卡件、隔離器、控制柜、信號(hào)電纜及設(shè)備間連接電纜，降低了設(shè)備采購及安裝、調(diào)試費(fèi)用。如1臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，在傳統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)中有6個(gè)開關(guān)量和1個(gè)模擬量，需要7條電纜，采用SIMOCIDE-DP后，每一條DP支路上至少可以掛接10臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制和保護(hù)單元，則布線數(shù)量是傳統(tǒng)PLC布線數(shù)量的1/70。以1個(gè)電磁閥箱裝有2個(gè)雙電控、6個(gè)單電控的電磁閥計(jì)算，傳統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)需要1O個(gè)DO及16個(gè)DI信號(hào)，采用DP遠(yuǎn)程I/0和閥島后，l條DP支路按掛接4個(gè)電磁閥箱計(jì)算（實(shí)際可掛接8~10個(gè)），則布線數(shù)量只有傳統(tǒng)PLC布線數(shù)量的1/104。
　　
　　二、工程應(yīng)用
　　
　　2.1控制系統(tǒng)組成
　　
　　廣東河源電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)（主要包括凈水站和工業(yè)廢水2個(gè)系統(tǒng)的控制）采用德國西門子公司的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，設(shè)計(jì)了由人機(jī)界面、PLC、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線控制設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備等組成的控制系統(tǒng)。建立了工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus-DP、Profi-bus-PA完整的通訊網(wǎng)絡(luò)，集成了符合Profibus標(biāo)準(zhǔn)的不同公司的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互操作。經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)接口接入水網(wǎng)控制系統(tǒng)后，再接入全廠輔助車間控制網(wǎng)，zui終可以實(shí)現(xiàn)在中央控制室進(jìn)行控制。該系統(tǒng)配置見圖1。　　
　　2.2設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題
　　
　　通過廣東河源電廠水網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，有以下問題需要考慮。
　　
　　（1）就地設(shè)備的選型選用何種形式的總線應(yīng)充分考慮支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的設(shè)備種類。上一直沒有將總線的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，造成了儀表行業(yè)的開發(fā)成本高，種類少，可選擇面比較狹窄。進(jìn)口品牌設(shè)備也只有一部分具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，國產(chǎn)設(shè)備則很少預(yù)留現(xiàn)場(chǎng)總線接口。由于缺少相應(yīng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理論上可以接入現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的就地設(shè)備在實(shí)際接入過程中存在諸多問題。對(duì)此，廣東河源電廠現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)施中對(duì)所有就地設(shè)備選項(xiàng)均預(yù)先經(jīng)過了試驗(yàn)室檢驗(yàn)，在設(shè)備安裝之前就解決了所有通訊匹配問題，保證了設(shè)備安裝就位后的順利調(diào)試。
　　
　　（2）網(wǎng)絡(luò)電纜的走向及橋架的設(shè)計(jì)采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，電氣和熱工的控制電纜將大幅減少。由于現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的類型、安裝位置、支持何種總線接口、工藝系統(tǒng)的歸屬等，對(duì)通訊鏈路及通訊電纜的走向進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃，如測(cè)點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)、通訊電纜的三維走向、通訊鏈路的長度、每鏈路掛接設(shè)備數(shù)量和種類。通訊速率是總線方式能否滿足工藝要求的重要指標(biāo)。ProfibuS-PA總線的傳輸距離zui大為19OOm，傳輸介質(zhì)為雙絞線。以冗余DP光環(huán)連接主站（即PLC）與各DP支路鏈路器從站作為系統(tǒng)主控通信網(wǎng)，速率可達(dá)12Mbit/s;DP支路鏈路器分布在現(xiàn)場(chǎng)，其連接DP咬路，DP支路的速率可達(dá)187.2kbit/s~1.5MbMs，用于連接DP現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備和PA儀表，構(gòu)成設(shè)備級(jí)通訊網(wǎng)。總線通訊速率和通訊電纜長度成反比（同一頻率），為了提高通訊速率，必須盡可能將通訊電纜長度縮短。通訊電纜長度又取決于每條總線掛接設(shè)備的數(shù)量和位序，掛接設(shè)備的位序和數(shù)量要滿足整個(gè)工藝流程的要求，并使通訊中斷后的工藝風(fēng)險(xiǎn)降到zui低。
　　
　　（3）龐大的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息的管理現(xiàn)場(chǎng)總線的顯著優(yōu)勢(shì)是信息量巨大，可將單純輸入/輸出概念淡化，如每一只變送器都可以給出很多個(gè)傳統(tǒng)意義上的I/O信息:差壓變送器中傳送的信息既有介質(zhì)差壓和流量，也有介質(zhì)溫度以及變送器自身故障信息;SIMOCODE的信息更加豐富，其包括起動(dòng)次數(shù)、電阻值、運(yùn)行小時(shí)數(shù)及zui后一次過載值等。龐大的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息對(duì)運(yùn)行狀態(tài)分析和設(shè)備壽命管理提供了很大幫助，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該確定設(shè)備信息的分級(jí)，如運(yùn)行監(jiān)控級(jí)、設(shè)備維護(hù)級(jí)等。
　　
　　（4）過程設(shè)備管理軟件的國產(chǎn)化利用過程設(shè)備管理軟件（PDM）可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表和設(shè)備的實(shí)時(shí)信息管理和診斷。廣東河源電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)由國內(nèi)系統(tǒng)成套單位自主開發(fā)的中文界面信息管理和診斷軟件，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)周期采集、分析和歸納儀表、設(shè)備的診斷及狀態(tài)信息，并與上位機(jī)雙向通訊。開發(fā)了遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定和調(diào)整功能，以適應(yīng)國內(nèi)發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行的需要。
　　
　　三、結(jié)語
　　
　　應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)信息化水平，尤其在設(shè)備診斷和運(yùn)行維護(hù)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，縮短了工期，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用。廣東河源電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，在國內(nèi)處于水平，具有在發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的廣闊前景，并為單元機(jī)組控制系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。