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一、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FCS）實(shí)際上是將安裝在工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的智能自動(dòng)化儀表和裝置與設(shè)置在控制室內(nèi)的儀表和控制設(shè)備連接起來(lái)的一種數(shù)字化、串行、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。因此現(xiàn)場(chǎng)總線的內(nèi)涵已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是指一根通訊線或一種通訊標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS在精度、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等許多方面都要比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)要優(yōu)越得多。

（1）開放性

電力系統(tǒng)自動(dòng)化是一個(gè)集傳統(tǒng)技術(shù)改造與現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步于一體的技術(shù)總體推進(jìn)過(guò)程，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是個(gè)自我封閉的系統(tǒng)，一般只能通過(guò)工作站的串口或并口對(duì)外通訊。在FCS中工作站同時(shí)靠掛于現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)后者可以與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速信息交換，以實(shí)現(xiàn)資源共用。其次，現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)所有制造商和用戶公開的，沒(méi)有專利許可要求，實(shí)行技術(shù)共享?？梢耘c任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。用戶可按自己的需要把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)（見圖1）。

（2）互操作性與互用性

互操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。在以往的DCS中，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品不能互換，要想更新技術(shù)和設(shè)備，只能全部更換。

（3）智能化與功能自治性

傳統(tǒng)的DCS至少要有操作站、控制站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備三層結(jié)構(gòu)，其信號(hào)傳遞是模擬信號(hào)的單向傳遞，信號(hào)在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的誤差較大，另外系統(tǒng)難以迅速判斷故障而帶故障運(yùn)行。在FCS中采用雙向數(shù)字通訊，它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）高度分散性

在FCS中，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了原有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

（5）適應(yīng)性

現(xiàn)場(chǎng)總線作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求。

圖1 FCS系統(tǒng)構(gòu)架

二、典型現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

由于市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，世界各大控制系統(tǒng)廠家都相繼開發(fā)了各自的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，雖然國(guó)際電工委員會(huì)已經(jīng)公布了現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，但該標(biāo)準(zhǔn)包含了8種現(xiàn)場(chǎng)總線，這就給用戶選擇帶來(lái)了困難。較為主流的現(xiàn)場(chǎng)總線為以下3種：

（1）Profibus是遵循德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（DIN 19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN5O17O）的現(xiàn)場(chǎng)總線。ISO/OSI是它的參考模型之一，由Profibus-DP，Profibus-FMS，Profibus-PA系列組成。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國(guó)公司、研究所共同推出的。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。

（2）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，即Foudation Fieldbus，簡(jiǎn)稱FF，是以美國(guó)Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等8O家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的15O家公司制訂的WordFIP協(xié)議，于1994年9月合并成立的。FF致力于開發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。

（3）Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線，由美國(guó)Echelon公司推出，并由Motorola及Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從3OO b/s至1.5Mb/s不等，直接通信距離可達(dá)27OO m（78 kb/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現(xiàn)。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。

三、工程效益可觀

（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資：在FCS中，由于前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可減少控制室的占地面積。

（2）節(jié)省安裝費(fèi)用：FCS的接線十分簡(jiǎn)單，由于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí)，無(wú)需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料，可節(jié)約安裝費(fèi)用6O%以上。

（3）節(jié)省維護(hù)開銷：由于現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。

（4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來(lái)集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過(guò)程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中。

（5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性：由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)，減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

四、在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)自動(dòng)化的特點(diǎn)是被控制的對(duì)象（設(shè)備）復(fù)雜而龐大，分散性強(qiáng)，聯(lián)系緊密，被控制的參數(shù)多，干擾嚴(yán)重。目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也正在逐步融入電力行業(yè)，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在低壓電器、高壓開關(guān)設(shè)備、低壓成套設(shè)備中的應(yīng)用，其作用也越來(lái)越突出，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的關(guān)鍵。目前，已經(jīng)有比較成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品和系統(tǒng)在電廠、變電站自動(dòng)化、配電網(wǎng)自動(dòng)化中投入使用，都獲得了很高的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。

比如，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以幫助高壓開關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化，進(jìn)行在線檢測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、控制、保護(hù)動(dòng)作、趨勢(shì)分析和判斷。現(xiàn)場(chǎng)總線在高壓開關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用是伴隨著智能化高壓電器的發(fā)展而發(fā)展。

再比如，智能化箱式變電站是以智能化設(shè)備為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為核心的智能化系統(tǒng)。該系統(tǒng)集遙測(cè)、遙控、遙信、遙調(diào)、故障識(shí)別、隔離恢復(fù)為一體。國(guó)外，歐洲尼德豪森電廠率先將FCS系統(tǒng)應(yīng)用到2臺(tái)95OMW機(jī)組控制中，2OO3年投入商業(yè)運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)包括721臺(tái)馬達(dá)、67O個(gè)電磁閥、957個(gè)閥門定位器、698臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和35O個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制器，這些智能設(shè)備均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與工作站相連。整個(gè)系統(tǒng)只需配備一個(gè)操作員，大大提高了電廠的自動(dòng)化水平。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，電力自動(dòng)化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)引入電力系統(tǒng)是在根本上優(yōu)化控制系統(tǒng)的各種性能，將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的控制功能分散，為每個(gè)被控設(shè)備就地配備專用的底層前置控制計(jì)算機(jī)，這種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的系統(tǒng)，還可與其它計(jì)算機(jī)、節(jié)點(diǎn)通訊，構(gòu)成高性能的控制系統(tǒng)，這樣無(wú)疑增強(qiáng)整個(gè)電力系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)組織的靈活性。

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