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　　摘要：現(xiàn)場總線控制系統(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顯著的特點是設備級數(shù)字化。設備狀態(tài)信號傳輸至集控室不會造成成本和通訊負荷的增加，并使得設備故障檢修變?yōu)樵O備狀態(tài)維修。FCS具有投資少，設計、安裝、調試和運行維護工作量小，易于系統(tǒng)擴展等優(yōu)點。
　　
　　一、現(xiàn)場總線技術
　　
　　根據(jù)電工委員會IECl158定義，安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。目前現(xiàn)場總線還未形成統(tǒng)一的標準，應用較廣泛的現(xiàn)場總線主要有Profibus總線和基金會現(xiàn)場總線（FF）。
　　
　　（l）FCS突破了傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器（PLC）、DCS信號"點對點"傳輸?shù)氖`，通過FCS通訊傳輸除對實時性數(shù)據(jù)有一定限制外，對于非實時性的狀態(tài)、診斷、參數(shù)化的數(shù)據(jù)沒有限制。如對于Profibus總線的ProfibuS-DP支路，為了保證控制和過程測量數(shù)據(jù)的實時性，對循環(huán)周期數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)設置時限制輸入和輸出均在244個字節(jié)內，這對于絕大多數(shù)的DP設備是足夠的（如電動機控制模塊（SIMOCODE）的輸入、輸出各4個字節(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)設備的不同，能夠傳送幾十到二百多個字節(jié)，并且不影響系統(tǒng)的實時性。如SIMOCODE可組態(tài)20個字節(jié)的非循環(huán)周期數(shù)據(jù)采集。
　　
　?。?）FCS的應用將促進信息管理、設備管理、優(yōu)化控制等軟件的發(fā)展。FCS建立了全面、實時的數(shù)據(jù)信息平臺，通過現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)的雙向數(shù)據(jù)傳輸，在生產過程中獲得的過程信息量遠遠大于常規(guī)控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息量，為實現(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。
　　
　?。?）系統(tǒng)成本低。采用現(xiàn)場總線后，可節(jié)省大量傳統(tǒng)的I/0卡件、隔離器、控制柜、信號電纜及設備間連接電纜，降低了設備采購及安裝、調試費用。如1臺電動機控制，在傳統(tǒng)的PLC設計中有6個開關量和1個模擬量，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臺電動機控制和保護單元，則布線數(shù)量是傳統(tǒng)PLC布線數(shù)量的1/70。以1個電磁閥箱裝有2個雙電控、6個單電控的電磁閥計算，傳統(tǒng)PLC設計需要1O個DO及16個DI信號，采用DP遠程I/0和閥島后，l條DP支路按掛接4個電磁閥箱計算（實際可掛接8~10個），則布線數(shù)量只有傳統(tǒng)PLC布線數(shù)量的1/104。
　　
　　二、工程應用
　　
　　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個系統(tǒng)的控制）采用德國西門子公司的Profibus現(xiàn)場總線技術，設計了由人機界面、PLC、現(xiàn)場總線儀表、現(xiàn)場總線控制設備和驅動設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，集成了符合Profibus標準的不同公司的產品，實現(xiàn)互聯(lián)互操作。經工業(yè)以太網(wǎng)交換機接口接入水網(wǎng)控制系統(tǒng)后，再接入全廠輔助車間控制網(wǎng)，zui終可以實現(xiàn)在中央控制室進行控制。該系統(tǒng)配置見圖1。　　
　　2.2設計中應考慮的問題
　　
　　通過廣東河源電廠水網(wǎng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計和實施，有以下問題需要考慮。
　　
　　（1）就地設備的選型選用何種形式的總線應充分考慮支持現(xiàn)場總線協(xié)議的設備種類。上一直沒有將總線的標準統(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。進口品牌設備也只有一部分具有現(xiàn)場總線接口，國產設備則很少預留現(xiàn)場總線接口。由于缺少相應的實踐經驗，理論上可以接入現(xiàn)場總線系統(tǒng)的就地設備在實際接入過程中存在諸多問題。對此，廣東河源電廠現(xiàn)場總線實施中對所有就地設備選項均預先經過了試驗室檢驗，在設備安裝之前就解決了所有通訊匹配問題，保證了設備安裝就位后的順利調試。
　　
　?。?）網(wǎng)絡電纜的走向及橋架的設計采用現(xiàn)場總線后，電氣和熱工的控制電纜將大幅減少。由于現(xiàn)場總線的技術特點，必須根據(jù)現(xiàn)場設備的類型、安裝位置、支持何種總線接口、工藝系統(tǒng)的歸屬等，對通訊鏈路及通訊電纜的走向進行細致規(guī)劃，如測點位置的設計、通訊電纜的三維走向、通訊鏈路的長度、每鏈路掛接設備數(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。ProfibuS-PA總線的傳輸距離zui大為19OOm，傳輸介質為雙絞線。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12Mbit/s;DP支路鏈路器分布在現(xiàn)場，其連接DP咬路，DP支路的速率可達187.2kbit/s~1.5MbMs，用于連接DP現(xiàn)場儀表、設備和PA儀表，構成設備級通訊網(wǎng)?？偩€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備的數(shù)量和位序，掛接設備的位序和數(shù)量要滿足整個工藝流程的要求，并使通訊中斷后的工藝風險降到zui低。
　　
　?。?）龐大的現(xiàn)場設備信息的管理現(xiàn)場總線的顯著優(yōu)勢是信息量巨大，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差壓和流量，也有介質溫度以及變送器自身故障信息;SIMOCODE的信息更加豐富，其包括起動次數(shù)、電阻值、運行小時數(shù)及zui后一次過載值等。龐大的現(xiàn)場設備信息對運行狀態(tài)分析和設備壽命管理提供了很大幫助，在設計階段，應該確定設備信息的分級，如運行監(jiān)控級、設備維護級等。
　　
　?。?）過程設備管理軟件的國產化利用過程設備管理軟件（PDM）可實現(xiàn)現(xiàn)場總線儀表和設備的實時信息管理和診斷。廣東河源電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)由國內系統(tǒng)成套單位自主開發(fā)的中文界面信息管理和診斷軟件，實現(xiàn)了自動周期采集、分析和歸納儀表、設備的診斷及狀態(tài)信息，并與上位機雙向通訊。開發(fā)了遠程參數(shù)設定和調整功能，以適應國內發(fā)電廠生產運行的需要。
　　
　　三、結語
　　
　　應用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)提高了現(xiàn)場設備級信息化水平，尤其在設備診斷和運行維護方面具有明顯優(yōu)勢。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，縮短了工期，節(jié)省了建設費用。廣東河源電廠水網(wǎng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的開發(fā)和應用，在國內處于水平，具有在發(fā)電廠輔助車間控制系統(tǒng)中推廣應用的廣闊前景，并為單元機組控制系統(tǒng)中應用現(xiàn)場總線控制技術積累了寶貴經驗。