摘要：
现场总线控制系统（FCS）是一种全开放、全数字、全分散的新型控制系统，其zui显著的特点是设备级数字化。设备状态信号传输至集控室不会造成成本和通讯负荷的增加，并使得设备故障检修变为设备状态维修。FCS具有投资少，设计、安装、调试和运行维护工作量小，易于系统扩展等优点。
一、现场总线技术
根据电工委员会IECl158定义，安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。目前现场总线还未形成统一的标准，应用较广泛的现场总线主要有Profibus总线和基金会现场总线（FF）。
（l）FCS突破了传统的
可编程逻辑控制器（PLC）、DCS信号"点对点"传输的束缚，通过FCS通讯传输除对实时性数据有一定限制外，对于非实时性的状态、诊断、参数化的数据没有限制。如对于Profibus总线的ProfibuS-DP支路，为了保证控制和过程测量数据的实时性，对循环周期数据通讯系统设置时限制输入和输出均在244个字节内，这对于绝大多数的DP设备是足够的（如电动机控制模块（SIMOCODE）的输入、输出各4个字节，已包含较多的状态信息），而非循环周期数据通讯则根据设备的不同，能够传送几十到二百多个字节，并且不影响系统的实时性。如SIMOCODE可组态20个字节的非循环周期数据采集。
（2）FCS的应用将促进信息管理、设备管理、优化控制等软件的发展。FCS建立了全面、实时的数据信息平台，通过现场总线技术实现的双向数据传输，在生产过程中获得的过程信息量远远大于常规控制系统的状态信息量，为实现状态检修、性能优化控制和管理奠定了更加可靠的数据基础。
（3）系统成本低。采用现场总线后，可节省大量传统的I/0卡件、隔离器、控制柜、信号电缆及设备间连接电缆，降低了设备采购及安装、调试费用。如1台电动机控制，在传统的PLC设计中有6个开关量和1个模拟量，需要7条电缆，采用SIMOCIDE-DP后，每一条DP支路上至少可以挂接10台电动机控制和保护单元，则布线数量是传统PLC布线数量的1/70。以1个电磁阀箱装有2个双电控、6个单电控的电磁阀计算，传统PLC设计需要1O个DO及16个DI信号，采用DP远程I/0和阀岛后，l条DP支路按挂接4个电磁阀箱计算（实际可挂接8~10个），则布线数量只有传统PLC布线数量的1/104。
二、工程应用
2.1控制系统组成
广东河源电厂水网控制系统（主要包括净水站和工业废水2个系统的控制）采用德国西门子公司的Profibus现场总线技术，设计了由人机界面、PLC、现场总线仪表、现场总线控制设备和驱动设备等组成的控制系统。建立了工业以太网、Profibus-DP、Profi-bus-PA完整的通讯网络，集成了符合Profibus标准的不同公司的产品，实现互联互操作。经工业以太网交换机接口接入水网控制系统后，再接入全厂辅助车间控制网，zui终可以实现在中央控制室进行控制。该系统配置见图1。
2.2设计中应考虑的问题
通过广东河源电厂水网现场总线控制系统的设计和实施，有以下问题需要考虑。
（1）就地设备的选型选用何种形式的总线应充分考虑支持现场总线协议的设备种类。上一直没有将总线的标准统一，造成了仪表行业的开发成本高，种类少，可选择面比较狭窄。进口品牌设备也只有一部分具有现场总线接口，国产设备则很少预留现场总线接口。由于缺少相应的实践经验，理论上可以接入现场总线系统的就地设备在实际接入过程中存在诸多问题。对此，广东河源电厂现场总线实施中对所有就地设备选项均预先经过了试验室检验，在设备安装之前就解决了所有通讯匹配问题，保证了设备安装就位后的顺利调试。
（2）网络电缆的走向及桥架的设计采用现场总线后，电气和热工的控制电缆将大幅减少。由于现场总线的技术特点，必须根据现场设备的类型、安装位置、支持何种总线接口、工艺系统的归属等，对通讯链路及通讯电缆的走向进行细致规划，如测点位置的设计、通讯电缆的三维走向、通讯链路的长度、每链路挂接设备数量和种类。通讯速率是总线方式能否满足工艺要求的重要指标。ProfibuS-PA总线的传输距离zui大为19OOm，传输介质为双绞线。以冗余DP光环连接主站（即PLC）与各DP支路链路器从站作为系统主控通信网，速率可达12Mbit/s;DP支路链路器分布在现场，其连接DP咬路，DP支路的速率可达187.2kbit/s~1.5MbMs，用于连接DP现场仪表、设备和PA仪表，构成设备级通讯网。总线通讯速率和通讯电缆长度成反比（同一频率），为了提高通讯速率，必须尽可能将通讯电缆长度缩短。通讯电缆长度又取决于每条总线挂接设备的数量和位序，挂接设备的位序和数量要满足整个工艺流程的要求，并使通讯中断后的工艺风险降到zui低。
（3）庞大的现场设备信息的管理现场总线的显著优势是信息量巨大，可将单纯输入/输出概念淡化，如每一只变送器都可以给出很多个传统意义上的I/O信息:差压变送器中传送的信息既有介质差压和流量，也有介质温度以及变送器自身故障信息;SIMOCODE的信息更加丰富，其包括起动次数、电阻值、运行小时数及zui后一次过载值等。庞大的现场设备信息对运行状态分析和设备寿命管理提供了很大帮助，在设计阶段，应该确定设备信息的分级，如运行监控级、设备维护级等。
（4）过程设备管理软件的国产化利用过程设备管理软件（PDM）可实现现场总线仪表和设备的实时信息管理和诊断。广东河源电厂水网控制系统由国内系统成套单位自主开发的中文界面信息管理和诊断软件，实现了自动周期采集、分析和归纳仪表、设备的诊断及状态信息，并与上位机双向通讯。开发了远程参数设定和调整功能，以适应国内发电厂生产运行的需要。
三、结语
应用现场总线控制系统提高了现场设备级信息化水平，尤其在设备诊断和运行维护方面具有明显优势。与传统控制系统相比，缩短了工期，节省了建设费用。广东河源电厂水网控制系统现场总线控制系统的开发和应用，在国内处于水平，具有在发电厂辅助车间控制系统中推广应用的广阔前景，并为单元机组控制系统中应用现场总线控制技术积累了宝贵经验。
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