现场总线技术在电厂自动化控制中的应用

现场总线技术在电厂自动化控制中的应用

姜松涛

山东电力建设第三工程有限公司 山东 青岛 266100

摘要：现场总线技术(Fieldbus)是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。该技术主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信问题，以及这些现场控制设备与高级控制系统之间的信息传递问题。

关键词：现场总线技术；电厂；自动化控制；数据总线；数字化模式

要充分认识总线技术数字化、开放性、互换性、互操作性的特点，紧跟控制发展的趋势，把握电厂总线现状，通过合理规划总线结构和制订长远发展计划，推动总线技术应用的发展，以提升电厂的自动化水平。

1现场总线技术及其优势概述

1.1现场总线及现场总线技术

顾名思义，现场总线简言之即安装在现场的总线，现场的范围具体涉及到生产或过程场地的现场装置及控制室中的自动装置之间，总线详指数据总线，具有数字化模式及多点通信。现场总线是工业概念，也是数字化的提升，实质上，现场总线是传统信号向数字通信技术的提升，它联系着智能现场设备与自动化系统，其主要的工作职责是工业现场内的智能设备之间数据的传输。

1.2现场总线技术的特点

现场总线技术具有开放的系统、互用灵活、结构简化、操作高效便捷，同时对环境有很好的适应性。现场总线技术的通信协议是公开的，设备的厂家虽不相同，然而其间的互连及信息交换行为不受限制，有很强的开放性，不止是功能的开放，同时也是标准的开放，且开放性始终是现场总线技术的基本也是深层追求。现场总线技术智能程度较高，其具有包含测量、计算、控制与处理等多项功能，同时其功能多分散于现场设备中，操作更为便捷，基本上可以实现自动控制，结构更为简易化，性能更为安全化。现场总线技术有双绞线、光缆、电力线等多种选择，安全可靠且能较为有效地抵抗干扰，对现场环境可以较好地适应。

1.3现场总线技术的优势

现场总线技术的优势主要表现在对各项费用的节省、各项功能的简易高效及技术的安全性。首先，费用方面现场总线系统分散于设备之中，很多硬件无需专用，选择共用即可，由此硬件采购方面节省了开支。同时，现场总线安装非常容易，可自行安装。此外，现场控制设备能够较有效地诊断并处理自身故障，且相关信息易于查询、分析，在维护上也省时省力。与传统总线技术相比，现场总线技术为用户提供了更多的选择，可忽略使用中的不兼容现象，拥有更多的主动掌控权，同时因系统结构简易，避免了不必要的信号传输线路，系统更为可靠，且其准确度大为提升。

2总线控制系统在电厂自动化中的发展

总线控制技术的发展与PLC和DCS的发展是分不开的。世界上第1台可编程序控制器产生于1969年，主要用来替代继电器逻辑控制，实现微机化逻辑控制。PLC是集计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。PLC产品的标准化、系列化以及模块化可以实现非常复杂的逻辑控制功能，同时随着技术的进步，网络技术、信息技术的发展，

PLC可通过通信联网实现分散控制和集中管理，因此从20世纪80年代起，

PLC就得到了广泛应用，成为工业控制的主要手段和重要的基础控制设备之一。

DCS是在集中式控制系统的基础上发展演变过来的，问世于1975年。DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、

I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统(MIS)，为DCS更高层次的应用。经过30余年的发展，从功能上来看，现在的DCS已经不再局限于控制层，而是增加了更多的管理层功能，向上提供企业管理系统接口。与此同时，DCS向下不再局限于主工艺装置系统的控制，而是将更多的辅助系统纳入到整个控制系统中去。

3电厂自动化涉及的过程控制技术

电厂自动化即工业控制自动化主要涉及基础自动化、过程自动化以及管理自动化，过程自动化通常被PLC（可编程逻辑控制器系统）及DCS（分散控制系统）所垄断。近年来PC工业增长显著，因其成本较为低廉，功能较为强大，与此相关的自动化系统应用范围越发广泛。PLC系统由最初的继电器作用逐步具备越来越多的功能，其较大的灵活性有助于满足各种工业控制要求，未来其将向微型化、网络化、PC化及开放化趋势前进。DCS多通过多个可在网络条件下交换数据的控制器来监控生产过程中的多个控制点，且DCS的容错设计使系统更为安全，避免了因计算机问题所带来的功能丢失。然而DCS虽功能较为强大，却通用性欠佳。FCS（现场总线控制系统）是发展中的产物，具备上述系统的优势，同时有自身的优势，能够支持双向、多节点、总线式的全数字通信，开放性有所提高，同时更为安全可靠。

4总线技术在电厂自动化控制中的应用

现今现场总线执行2008年标准所划分的15个通信分类，具体包括基金会现场总线、通用工业规定现场总线、PROFIBUS及PROFINET现场总线、P-NET现场总线、WorldFIP现场总线（法国标准通信协定）、INTERBUS现场总线、CC-Link现场总线、HART（HighwayAddressableRemoteTransducerProtocl）现场总线、Vnet/IP现场总线、TCnet现场总线、EtherCAT现场总线、EthernetPOWERLINK现场总线、EPA现场总线、MODBUS-RTPS现场总线以及SERCOS现场总线。总线控制技术与PLC及DCS系统的进程息息相关，PLC的广泛使用可追溯至20世纪80年代，至今有30多年历史，DSC则诞生于1975年。上文已介绍了现场总线技术的特点及优势，总线技术的强大功能使用户告别DCS或PLC系统的垄断，有了更多更人性化的选择。总线技术虽在电厂中较广范围的应用，然而还有非常多的发展前景。因现场总线控制技术的开放性，使其能够借由总线接口对DCS和PLC系统进行控制，便利了电厂的工作，然而总线技术成本较高，尚无法普及，还需降低成本。除此之外，电厂在应用现场总线技术时还应考虑总线的标准，应尽量使总线规格一致，当前而言，鉴于PROFIBUS的经济与开放性，其已成为较优的选择，同时还应结合实际情况进行操作和选择。此外，总线技术的应用安全问题也需要电厂足够重视。主要安全问题为总线所有设备几乎均使用同一条电缆，由此易引发以一带十的不利影响，损失是无法想象的。同时也需对供电方式进行权衡，单独供电、冗余电源的方式较总线供电的方式更为安全可靠。

5结语

现场总线是工业概念，也是数字化的提升，实质上现场总线是传统信号向数字通信技术的提升，它联系着智能现场设备与自动化系统。现场总线技术的优势主要表现在对各项费用的节省、各项功能的简易高效及技术的安全性。FCS（现场总线控制系统）是发展中的产物，具备多项优势，能够支持双向、多节点、总线式的全数字通信，开放性有所提高，同时更为安全可靠。现场总线控制技术具有较高的开放性，能够借由总线接口对DCS和PLC系统进行控制，对电厂的工作提供很大程度的便利，然而总线技术成本较高，尚无法普及，还需降低成本。

参考文献

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[2]张士全．探讨现场总线技术在电厂中的应用[J]．科技创新导报，2012，（5）．

[3]李宽．现场总线技术在电厂中的应用[J]．中国高新技术企业，2007，（9）．