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总线技术 赵文华：
现场总线技术简介 所谓现场总线，是指安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的开放式、数字化、串行和多点通信的数据总线。 作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通信网络，现场总线是20世纪90年代国际上兴起的新一代全分布式控制系统的核心技术。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。采用现场总线技术可以促进现场仪表智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合现代工业控制系统领域的技术发展趋势。 现场总线技术特点 (1) 系统的开放性。所谓开放系统是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接，通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。用户可按自己的需要和考虑，选择不同供应商的设备连入现场总线。 （2）互操作性与互用性。互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。 （3）现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。 （4）系统结构的高度分散性。现场总线已构成了一种新的全分散性控制系统的体系结构。简化了 DCS，总体可靠性也有所改善。 （5）对现场环境的适应性。工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。 由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。现场总线技术引入我国虽然只有短短的十几年，却早已融入了工业控制领域的方方面面。目前公认的适合于过程控制的主流现场总线主要有 Profibus, FF, WOLDFIP等。
现场总线在电厂中的应用 现场总线在电厂中的应用能够提高运行的安全可靠性，表现在： （1）完善的现场设备及信号的诊断功能，防止其故障或信号偏差导致控制和保护系统发生错误信号而酿成事故(这是过去 DCS事故的原因之一)。 （2）提高了信号的精度和速度。 （3）减少了大量端子和接线头，大大提高了可靠性。 （4）采用数字通信，减少大量电缆，有利于抗干扰。 （5）控制功能和I/O功能的分散，简化了DCS，总体可靠性也有所改善。 现场总线的应用同时也适应现代化管理的要求，采用现场总线及其智能现场设备无疑将增加一定投资，但根据国外实践和一些用户的报告，综合投资成本还是可以减少(或增加不多)的，理由是： （1）减少了I／O机柜、接线端子柜及相应的电子设备间空间。 （2）减少了计算机电缆、桥架和敷设工程量及接线和查线工程量(据国外文献称可节省电缆66％以上，节省安装费用60％)。 （3）降低了系统集成、修改和技术改造费用。 目前,电厂自动化控制还是以DCS为主；国际上可用于电厂的先进的DCS均已开发了与现场总线的接口设备及相应的软件；DCS系统结合现场总线系统和现场总线设备已在火电厂有成功应用业绩，包括300MW等级机组，近一二年有加速推广应用趋势。 任稳柱：现场总线在配电网和变电站自动化中的应用近十年来，由于信息技术领域的飞速发展，带动工业现场总线产品技术极大的提高。从工业现场总线的概念来说，其覆盖的领域极广，包括了上层的计算机管理系统、控制系统、工业机器人、工业现场执行机构和传感器等。现场总线是连接智能化现场设备和控制室之间全数字化、开放的双向的局部通信网络。现场总线种类很多，比较有影响的有：CAN、Lorworks和 Profibus等。它们各有特点和优势，在不同领域有不同的应用价值。在输配电系统中，很多设备的智能化功能就需要现场总线进行通信。 电力系统自动化的特点是被控制的对象（设备）复杂而庞大，分散性强且联系紧密，被控制的参数多，干扰严重。 目前现场总线技术也正在逐步融入电力行业，随着现场总线技术在低压电器、高压开关设备、低压成套等设备中的应用，其作用也越来越突出，是实现电力系统自动化的关键。目前，已经有比较成熟的现场总线产品和系统在电厂、变电站自动化、配电网自动化中投入使用，都获得了很高的经济效益和发展前景。 比如，现场总线技术可以帮助高压开关设备实现智能化，进行在线检测、运行状态监视、控制和保护以及趋势分析和判断，而且需要进行智能化操作（可控操作）。而现场总线在高压开关设备中的应用是伴随着智能化高压电器的发展而发展。 再比如，智能化箱式变电站是以智能化设备为基础，以现场总线为核心的智能化系统。该系统及遥测、遥控、遥信、遥调、故障识别、隔离恢复为一体。 现场总线是一种互连现场智能化设备及其控制系统的双向数字通信协议。一个现场总线系统可以看成是一个由数字通信设备组成的安全分布式系统。实际上现场总线设备就是一种计算机网络，这个网络上的每一个节点就是一个智能化设备。随着智能化高压开关设备的发展，现场总线技术在其中的应用必将会越来越多，越来越完善。 赵文华：现场总线技术发展趋势 近年来， 工业以太网技术发展迅速，这个原来用于IT领域的标准，在信息网扩展中得到迅速的发展，不断提高的性能和迅速降低的成本是现有任何工业自动化网络无法比拟的，使工业自动化领域的一些公司不约而同地将注意力集中在利用以太网的资源上，所以新一代的工业自动化网络几乎都是建立在以太网基础之上，使工业以太网成为当前的技术热点。 从总线技术的发展方向上来看，所有的现场总线最终都将向Ethernet过渡。许多基于现场总线的控制系统最终都将连接到Ethernet，直至与Internet相连接。工业以太网是工业控制系统的一个发展方向。目前工业以太网还主要应用在过程监控层，而在现场层则是采用现场总线技术。随着各项技术的发展，以太网技术正逐渐下移，将走向现场层。伴随这项技术的发展，现场总线在电力行业的应用最终也将向着以太网的方向发展，必将更加有力地推进电力系统自动化建设。 冯杰：众所周知，20年前在控制领域，集中控制系统占据主流地位，它具有系统实时性强、扩展方便、稳定性高等优点，但它的缺点在于：集中控制系统将所有接线由现场联入控制室，带来大量复杂的接线工作，也使现场维护以及故障诊断变得极为困难。随着智能现场仪表的发展，将所有的信号点通过一根通信电缆连接在一起的控制方式——总线诞生了，现场总线给控制领域带来了革命性的变革！ 布线便捷 由于现场总线采用多站点集中传输模式，将大量的接线工作分配到现场，而各站点与主站之间的通信全部由一根总线完成，这样就使得整个系统的接线变得更加简洁、方便。 现场总线往往可以同时使用多种传输媒介，如可以同时使用总线电缆、光纤、红外技术，甚至目前最受业界关注的以太网以及无线技术。这样就完全可以根据现场需要选择不同的传输媒介：距离远或有强干扰的情况下可以选择光纤；距离较短，没有特殊要求的场合选择普通总线电缆；距离较远不易布线的场合还可以选择无线通信。这些都是普通的集中控制所无法实现的。 系统可靠 目前电力行业不愿选择总线控制方式的一个主要原因在于：很多人认为对于集中控制方式，如果某一线路发生故障，仅仅是点故障，对系统不造成严重影响；选择总线控制一旦某一线路发生故障就是该点以下所有系统的瘫痪，对系统的安全性以及可靠性不信任。其实不然。总线电缆在抗损坏、抗干扰能力强方面都大大优于以往所选用的普通信号线缆。 目前总线控制中常选择智能分散技术或分层、分支技术。当我们需要在现场处理一些过程数据，同时又不希望整个系统的其他部分对此处造成影响，我们可以选择一个智能分散控制器用于此处，在现场对数据处理后再将一些系统控制器需要的数据上传，例如菲尼克斯电气的UNI200控制器，加挂不同的总线耦合器后，它可以方便地联入其他总线系统。在现场我们常希望将不同的控制功能区分出来，使他们不互相影响，这时我们就可以选择分层以及分支技术，将不同的控制功能置于不同的控制站点以及分枝。INTERBUS总线甚至可以实现单主站，255个从站，16层分层这样一个庞大而又可靠的系统！ 高效诊断 现场总线系统具有故障发生，可以很快确定故障发生点、确定故障类型、给出解决方案的功能。 硬件灵活 总线产品常常具备多种功能模块，但它们的接线、安装方式一致，这样在设计时仅需根据系统的要求选择不同的功能模块，像搭积木一样，很方便地就可以完成系统的构建，大大降低现场接线工作，极大缩短系统安装调试时间！ 李利：电力行业是一个自动化程度非常高的行业，如主机DCS系统、脱硫DCS系统以及主要辅机程控系统，这些系统都存在可靠性要求高、监控设备和对象多而复杂、实时性要求高等特点。特别是主机DCS系统，涉及数百台压力和差压变送器，数百台电动或启动执行机构，数百个温度测点，系统要进行复杂的闭环控制、串级控制、三冲量控制、比率控制，要进行设备连锁控制，要进行复杂的锅炉燃烧管理、机炉协调控制。所有这些都需要有高可靠性的控制系统来保证整个生产过程的安全、稳定、可靠运行。 随着现场总线技术的出现和日臻成熟和电厂信息化要求的提高，基于现场总线的控制系统将为电力行业自动化系统提供更好的选择。 目前制约基于现场总线的控制系统在电厂应用主要问题，我认为主要包括以下几个方面：支持现场总线的智能设备造成初期投资的提高；有些设备和仪表不带总线接口；哪些设备、仪表信息可以传送；系统结构如何变化，如何构筑一个基于现场总线的控制系统；通讯是否可靠；设备选型的局限性等。深入研究，加快推广：在电力行业应用现场总线有诸多好处，快速、可靠、高效、灵活，大大降低安装维修成本，应加快推广应用。但目前一些技术还有待完善，比如对处理速度要求高的硬件的开发应用没有跟上，又比如，对于电厂内那些“功能组级”以上至“协调级”的复杂控制系统，采用所谓“分散”的系统结构十分合适、可靠，值得深入研究。 积极对国内外电厂应用现场总线系统的情况进行地调查、研究，不断促进技术的完善，才能使现场总线技术在电力行业得以顺利推广应用。