淺談現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)火電廠(chǎng)的應(yīng)用

1、淺談現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)火電廠(chǎng)的應(yīng)用作者：李國(guó)安來(lái)源：城市建設(shè)理論研究2014年笫07期摘要：闡述了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀。對(duì)fcs與dcs進(jìn)行了對(duì)比。描述了 fcs技術(shù) 實(shí)施的關(guān)鍵。闡述了 fcs在國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)的應(yīng)用及試點(diǎn)方案。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)fcs；火電廠(chǎng)；應(yīng)用屮圖分類(lèi)號(hào)：tp336文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a1、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是二十世紀(jì)九十年代在國(guó)際興起的新一代全分布式控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。它是工 業(yè)控制系統(tǒng)的新型通訊標(biāo)準(zhǔn)，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的低成木i動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)。作為連接牛產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的 儀表、控制器等|'|動(dòng)化裝置的通訊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的采用將帶來(lái)工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的革 命。采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

2、技術(shù)訓(xùn)以促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開(kāi)放化，符合 工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：全數(shù)字化將企業(yè)管理與生產(chǎn)自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合一直是工業(yè)界夢(mèng)寐以求的理想，但只有在fcs岀現(xiàn)以 后這種理想才有可能高效、低成木地實(shí)現(xiàn)。在采用fcs的企業(yè)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能 夠與用于自動(dòng)控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)緊密銜接。此外，數(shù)字化信號(hào)固有的高精度、抗干擾特性也 能提高控制系統(tǒng)的可靠性。全分布在fcs屮各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有足夠的自主性，它們彼此之間相互通信，完全可以把各種控制功 能分散到各種設(shè)備中，而不再需要一個(gè)中央控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)真止的分布式控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，提高了可靠性。雙向

3、傳輸傳統(tǒng)的420ma電流信號(hào)，一條線(xiàn)只能傳遞一路信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備則在一條線(xiàn)上即可以 向上傳遞傳感器信號(hào)，也町以向下傳遞控制信息。自診斷現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表本身具有自診斷功能，而且這種診斷信息可以送到中央控制室，以便于維 護(hù)，而這在戈i能傳遞一路信號(hào)的傳統(tǒng)儀表中是做不到的。節(jié)省布線(xiàn)及控制室空間，減少維護(hù)費(fèi)用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個(gè)儀表都需要一條線(xiàn)連到中央控制室，在中央控制室裝備一個(gè)大配線(xiàn) 架。而在fcs系統(tǒng)中多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可出行連接在一條總線(xiàn)上，這樣只需極少的線(xiàn)進(jìn)入中央控 制室，大量節(jié)省了布線(xiàn)費(fèi)用，同時(shí)也降低了中央控制室的造價(jià)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和連線(xiàn)簡(jiǎn)單，維護(hù)量 較小。同時(shí)由于用戶(hù)可查詢(xún)所有設(shè)備運(yùn)行、診斷信息，便于早

4、期發(fā)現(xiàn)和及時(shí)排除故障，實(shí)現(xiàn)設(shè) 備狀態(tài)檢修，減少維護(hù)時(shí)間。多功能儀農(nóng)數(shù)字、雙向傳輸方式使得現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表可以擺脫傳統(tǒng)儀表功能單一的制約，可以在一個(gè)儀 表中集成多種功能，做成多變量變送器，甚至集檢測(cè)、運(yùn)算、控制與一體的變送控制器。開(kāi)放性1999年底iec已對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行了一定范圍的統(tǒng)一，從而使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)成為一種開(kāi)放 的技術(shù)?；ゲ僮餍袁F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有的開(kāi)放性保證不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品可以互操作，這樣就可以在一個(gè)企業(yè)中由用戶(hù) 根據(jù)產(chǎn)品的性能、價(jià)格選用不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品，集成在一起，避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中必須選川同 一廠(chǎng)家的產(chǎn)品限制，促進(jìn)了有效的競(jìng)爭(zhēng)，降低了控制系統(tǒng)的成本。智能化與自治性現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備能處理各種參數(shù)、運(yùn)行狀

5、態(tài)信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、 甚至網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨(dú)立工作，人人提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力?，F(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備是為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下工作而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、電力 線(xiàn)，還可通過(guò)射頻和紅外線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，具有較強(qiáng)的抗干擾能力;能采用兩線(xiàn)制實(shí)現(xiàn)供 電與通信，還可以滿(mǎn)足木安防爆等要求，具有很強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。2、fcs與dcs的對(duì)比dcs系統(tǒng)具有集中監(jiān)控、分散控制、操作方便的特點(diǎn)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)dcs 的結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險(xiǎn)仍然相對(duì)集中；由于系統(tǒng)的不開(kāi)放 性，不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品不能耳換、互聯(lián)，限制了用戶(hù)的選擇范圍。利用現(xiàn)

6、場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)fcs 系統(tǒng)的冃標(biāo)是針對(duì)現(xiàn)存的dcs的某些不足，改進(jìn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高其性能和通用性。簡(jiǎn)單比較fcs與dcs的不同，主要有以卜兒點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不同dcs系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一般為傳統(tǒng)的輸出和接受模擬信號(hào)的儀表和設(shè)備；而fcs中的現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備都是帶cpu的智能數(shù)字式設(shè)備。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同dcs系統(tǒng)中的每一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都通過(guò)各自獨(dú)立的雙芯電纜與控制屮心相連，是一種“點(diǎn)對(duì) 點(diǎn)“的并聯(lián)結(jié)構(gòu)；而fcs是通過(guò)雙絞線(xiàn)或光纖等總線(xiàn)通信介質(zhì)把現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備“串聯(lián)“起來(lái)與控 制器或上位機(jī)相連。（3）傳輸方式不同dcs系統(tǒng)屮，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制屮心之間傳輸?shù)囊话闶悄M信號(hào)；而fcs屮傳輸?shù)娜渴?數(shù)字信號(hào)

7、。（4）包含的信息不同dcs系統(tǒng)中包含的信息主要是一些過(guò)程變量、開(kāi)關(guān)量和控制信號(hào)，而fcs中包含的信息 除上述信息外，還包含豐富的設(shè)備管理和診斷信息。例如，傳統(tǒng)pidlhl路只有 pv,sp,mv,kp,ti,t（l,alh,all 8個(gè)參數(shù)，而ff總線(xiàn)的pid冋路將有一百多個(gè)參數(shù)可用（其中 有豐富的設(shè)備診斷和管理信息，如差壓變送器取樣管堵塞，閥門(mén)閥芯磨損、卡澀、回差擴(kuò)大等 信息）。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：（1）dcs系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)屮的作用十分重耍，數(shù)據(jù)公路更 是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大。而fcs功能下放較徹 底，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝

8、置的廣泛采用，使得控制器負(fù)荷率較低，控制器功能與 重要性和對(duì)減弱。因此，fcs系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。（2）各公司dcs系統(tǒng)產(chǎn)品基本不兼容。而fcs系統(tǒng)是開(kāi)放式系統(tǒng)，川戶(hù)町以選擇不同廠(chǎng) 瀟、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。（3）dcs系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)信息全都是開(kāi)關(guān)量或模擬信號(hào)形成的，必須有d/a與a/d轉(zhuǎn)換。而 fcs系統(tǒng)是全數(shù)字化，就免去了 d/a與a/d變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高 到 ±0.1% o（4）fcs系統(tǒng)可以將pid閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器屮，縮短了控制周期，目前 可以從dcs的每秒25次，提高到fcs

9、的每秒10-20次，從而改善調(diào)節(jié)性能。（5）dcs可以控制和監(jiān)視工藝全過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，其i/o信 號(hào)采丿tj傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，無(wú)法在dcs工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行 遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)，耍實(shí)現(xiàn)此功能必須另配一套軟碩件系統(tǒng)，通過(guò)專(zhuān)用的管理系統(tǒng)和額外 的接線(xiàn)對(duì)帶有通訊功能的現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程管理、診斷和組態(tài)。這是傳統(tǒng)dcs的一個(gè)致命弱 點(diǎn)。fcs采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)送多變暈信息，而不僅僅是單變暈信息，并 冃還具備檢測(cè)信息差錯(cuò)的功能。fcs采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信號(hào)制。因此，它可以對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)裝置（含變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)

10、和組態(tài)，這是fcs系統(tǒng)的固有功 能。fcs的這點(diǎn)優(yōu)越性是dcs無(wú)法比擬的。（6）fcs由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，與dcs相比可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、i/o 終端、i/o卡件、i/o文件及i/o柜，同時(shí)也節(jié)省了 i/o裝賈及裝置室的空間與占地面積。有專(zhuān) 家認(rèn)為可以省去60%,但未得到工程實(shí)踐驗(yàn)證。（7）同樣由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，fcs可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時(shí)也 節(jié)省了設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)費(fèi)用。有專(zhuān)家認(rèn)為可以節(jié)省66%,此數(shù)據(jù)同樣未得到工程實(shí)踐驗(yàn)證。（8）fcs相對(duì)于dcs組態(tài)簡(jiǎn)單，由丁結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，便于安裝、運(yùn)行、維護(hù)。3、fcs技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵3.1 fcs系統(tǒng)的核心總線(xiàn)協(xié)議

11、總線(xiàn)協(xié)議，即總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。一種類(lèi)型的總線(xiàn)，只要其總線(xiàn)協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與 有關(guān)的設(shè)備也就被確定。就其總線(xiàn)協(xié)議的基木原理而言，各類(lèi)總線(xiàn)都是一樣的，都以解決雙向 出行數(shù)字化通訊傳輸為基本依據(jù)。但由于各種原因，各類(lèi)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議存在很人的差界。為了使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)滿(mǎn)足可互操作性要求，使其成為真止的開(kāi)放系統(tǒng)，在iec國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng) 總線(xiàn)通訊協(xié)議模型的用戶(hù)層中，就明確規(guī)定用戶(hù)層具有裝置描述功能。為了實(shí)現(xiàn)互操作，每個(gè) 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)裝置都用裝置描述dd來(lái)描述。dd可以認(rèn)為是裝置的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，它包括所有必要的參數(shù)描述和主詁所需的操作步驟。由于dd包括描述裝置通信所需的所有信息，并且與主站 無(wú)關(guān)，所以可以使現(xiàn)場(chǎng)裝置

12、實(shí)現(xiàn)真止的互操作性。開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的互操作性，就一個(gè)特定類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)而言，只要遵循該類(lèi)型 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議，對(duì)其產(chǎn)品是開(kāi)放的，并具有互操作性。但冃前通過(guò)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)含8種類(lèi)型，而原iec國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)只是8種類(lèi)型z,與其 它7種類(lèi)型總線(xiàn)的地位是平等的。其它7種總線(xiàn)，不論其市場(chǎng)占有率有多少，每個(gè)總線(xiàn)協(xié)議都 有一套軟件、碩件的支撐。它們能夠形成系統(tǒng)，形成產(chǎn)品，而原iec現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是一 個(gè)既無(wú)軟件支撐也無(wú)碩件支撐的空架了。所以，要實(shí)現(xiàn)這些總線(xiàn)的相互兼容和互操作，就口前 狀態(tài)而言，幾乎是不可能的?，F(xiàn)在所謂fcs的試點(diǎn)，都是基于某一種類(lèi)型的總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行。自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，有幾

13、種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯 示了影響力和優(yōu)勢(shì)，它們是可尋址遠(yuǎn)程變換器數(shù)據(jù)鏈路hart(highway addressable remote transducer)> 控制器局部網(wǎng) can(controller area network)局部操作網(wǎng)絡(luò) lon(local operating network)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) prohbus(process fieldbus)和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) ff(foundation fieldbus),這些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)各具特色，在不同的控制領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。冃前在火電廠(chǎng)試點(diǎn)應(yīng) 川較多的有過(guò)稈現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)profibus(process fi

14、eldbus)和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)ff(foundation fieldbus)； fcs試點(diǎn)應(yīng)用較多的dcs系統(tǒng)為西門(mén)子t-xp和西屋ovation?；痣姀S(chǎng)新建工程如要進(jìn)行fcs試點(diǎn)，建議根據(jù)dcs招標(biāo)結(jié)果選取現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。3.2 fcs系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)字和能現(xiàn)場(chǎng)裝置數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置是fcs系統(tǒng)的破件支撐，是基礎(chǔ),fcs系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信號(hào)制。再一點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場(chǎng) 一級(jí)控制功能。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不是多功能智能化的產(chǎn)晶，那么現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不 存在了。對(duì)于新建電廠(chǎng)，選用帶總線(xiàn)接口的儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器、智能馬達(dá)控制器、閥門(mén)定位

15、 器等的條件已經(jīng)基木具備，但還不夠成熟?；趆art協(xié)議連接變送器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在很多電 廠(chǎng)獲得應(yīng)用，在集中校驗(yàn)、提高采集精度等方面取得用戶(hù)的好評(píng)。而profibus、ff現(xiàn)場(chǎng)總 線(xiàn)是比hart協(xié)議更全面的總線(xiàn)，因此應(yīng)該具有更好的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上帶現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口的智能儀表控制設(shè)備，支持ff及profibus協(xié)議的品牌 不少，品種涵蓋了變送器、電磁流量計(jì)、分析儀表、電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)閥門(mén)定位器等，但每種 設(shè)備可選擇的范圍不大，相應(yīng)在設(shè)備采購(gòu)?fù)顿Y的控制上存在一定的困難。3.3 fcs系統(tǒng)的本質(zhì)信息處理現(xiàn)場(chǎng)化對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，要完成純粹的監(jiān)視和控制功能，無(wú)論是采川dcs還是采用現(xiàn)場(chǎng)總 線(xiàn)，系統(tǒng)需要處

16、理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上，采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)后，可以從現(xiàn)場(chǎng)得到更多 的信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的信息量沒(méi)有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線(xiàn)纜卻大大減少了。這 就要求一方面要大大提高線(xiàn)纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大暈信息在現(xiàn)場(chǎng)就地完成處理， 減少現(xiàn)場(chǎng)與控制機(jī)房之間的信息往返?？梢哉f(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場(chǎng)化。減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)的一條重耍原則。減少信息往返常?？蓭?lái)改善系統(tǒng) 響應(yīng)時(shí)間、捉高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的好處。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換 量大的節(jié)點(diǎn)，放在同一條支路里。減少信息往返與減少系統(tǒng)的線(xiàn)纜有時(shí)會(huì)相互矛盾。這時(shí)仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來(lái)做選擇。 如果所選擇系

17、統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許的話(huà)，應(yīng)選節(jié)省線(xiàn)纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊 張，稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮，F(xiàn)在一些帶現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)儀農(nóng)本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上 會(huì)稍有差別，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支路匕有許多功能雷同功能塊的悄況是客觀存在的。選用哪一個(gè)現(xiàn)場(chǎng) 儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問(wèn)題。考慮這個(gè)問(wèn)題的原則是:盡量減少總線(xiàn)上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息 輸出最多的那臺(tái)儀表上的功能塊。4、fcs在國(guó)內(nèi)火電廠(chǎng)的應(yīng)用及試點(diǎn)方案在電力行業(yè)高速發(fā)展的形勢(shì)下，出于積極推廣新技術(shù)、降低工程造價(jià)、減少運(yùn)行維護(hù)成本 的良好愿望，國(guó)內(nèi)很多火電廠(chǎng)在工程設(shè)

18、計(jì)和建設(shè)過(guò)程中進(jìn)行了 fcs的應(yīng)用試點(diǎn)。由于fcs在 火電廠(chǎng)機(jī)組控制方面缺乏足夠成熟的應(yīng)用實(shí)例，多數(shù)工程均選擇電廠(chǎng)中控制要求較簡(jiǎn)單和工藝 重耍程度相對(duì)較低的輔助系統(tǒng)或輔助車(chē)間，作fcs應(yīng)用的嘗試。換言之，是以fcs取代原 dcs或plc控制系統(tǒng)中較為簡(jiǎn)單的部分。4.1 fcs在部分發(fā)電工程小的應(yīng)用部分工程在電廠(chǎng)化學(xué)補(bǔ)水、凈水和廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行了 fcs的應(yīng)用試點(diǎn)。近來(lái)fcs試點(diǎn) 范圍也逐漸擴(kuò)人，涉及了煙氣脫硫控制系統(tǒng)和主廠(chǎng)房?jī)?nèi)部分較為次耍的系統(tǒng)，在單元機(jī)組的 開(kāi)、閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，鍋爐疏水等系統(tǒng)范圍內(nèi)使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)門(mén)。用于火電廠(chǎng)過(guò)程控制的fcs設(shè)計(jì)應(yīng)注意體現(xiàn)以下幾點(diǎn)：總線(xiàn)應(yīng)具備木安防爆功能

19、。這在一些通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)儀表供電并在現(xiàn)場(chǎng)布置中靠近氫 /油系統(tǒng)區(qū)域或其它危險(xiǎn)區(qū)域的fcs系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尤為重要?；颈O(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應(yīng)，因此，節(jié)點(diǎn) 監(jiān)控并不需要過(guò)快的響應(yīng)時(shí)間，但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基 木上多采用主一從z間的集中倫詢(xún)制（主站按順序、分時(shí)段與各從站進(jìn)行通訊），這在技術(shù)上 是合理的，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。類(lèi)似于傳統(tǒng)dcs過(guò)程控制器，功能強(qiáng)大的fcs主控制器的配 置方式在很大的程度上決定了 fcs系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；雖然從某種意義上，采用這種方式有悖于 fcs的基本理念。流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量，其物理原理是古

20、典的，但傳感器、變送器及控制 器應(yīng)向數(shù)字狎能化發(fā)展。所有的底層設(shè)備都具有符合所選現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通訊接口，從控 制裝置室到現(xiàn)場(chǎng)之間除了工作電源外，沒(méi)有任何的控制碩接線(xiàn)。所有的控制指令和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的 狀態(tài)信息都通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行傳輸。由于總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的發(fā)展比較緩慢， 對(duì)設(shè)備選熨采購(gòu)造成了不小的困難，進(jìn)而從成本上対fcs的應(yīng)用進(jìn)行了限制。由于fcs現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備比常規(guī)設(shè)備貴，在事實(shí)上抵消了采用fcs所節(jié)省的電纜和橋架材料安裝費(fèi)用，所謂綜合 成本的節(jié)約仍只是停留在理論上。作為針對(duì)連續(xù)過(guò)程類(lèi)及其儀器儀表而開(kāi)發(fā)的fcs,應(yīng)側(cè)重于低速總線(xiàn)（如ff-h1或 profibus-pa）的設(shè)計(jì)完善。通

21、訊總線(xiàn)對(duì)于控制系統(tǒng)的可靠性來(lái)說(shuō)是一個(gè)決定性的因素。在一 些fcs試點(diǎn)方案屮，主控制器冗余配置并掛接在兀余的光纖環(huán)網(wǎng)上，但布宜在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備往 往沒(méi)有兀余的網(wǎng)絡(luò)接口，只能掛接在不兀余的低速總線(xiàn)上。由于成本的限制，每一路低速總線(xiàn) 都盡可能多地連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)也將人量的不安全因索集中在一起。這是口前fcs未能應(yīng) 用在火電廠(chǎng)重要的工藝系統(tǒng)小的重要原因z-o4.2 口前fcs存在的欠缺fcs想要取代dcs,既要八備dcs所具有的功能，又要能克服dcs的缺點(diǎn)。fcs由于采 用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，在開(kāi)放性、控制分散等方面優(yōu)于傳統(tǒng)dcs。但是由于它是一種新技術(shù)， 冃前連標(biāo)準(zhǔn)木身都還沒(méi)有制定統(tǒng)一，因此fcs 4成熟

22、的dcs相比，還存在下列的一些欠缺。（1）由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)木身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測(cè)試帶來(lái)難度。這在一定 程度上造成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商、生產(chǎn)商少，產(chǎn)品品種單一而且價(jià)格昂貴。（2）在某些場(chǎng)合中，fcs還無(wú)法提供dcs l1有的控制功能。由于軟破件水平的限制，其 功能塊的功能還不是很強(qiáng)，品種也不夠齊全；用現(xiàn)場(chǎng)儀表還只能組成一般的控制冋路如單冋 路、出級(jí)、比例控制等，對(duì)于復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法還無(wú)法在儀表屮實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單冋路內(nèi)有 多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。（3）冃前fcs成功的應(yīng)用實(shí)例不多，難以評(píng)佔(zhàn)實(shí)際應(yīng)用效果。4.3電廠(chǎng)控制系統(tǒng)應(yīng)堅(jiān)持“監(jiān)控集中,控制分散”原則dcs的本質(zhì)是監(jiān)控集中，控

23、制分散，故又稱(chēng)集散控制系統(tǒng)（tdcs）,從來(lái)沒(méi)有人聲稱(chēng)dcs 的“監(jiān)控集中'原則也過(guò)時(shí)了；相反，fcs系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商也企圖仿照dcs開(kāi)發(fā)上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，經(jīng) 過(guò)長(zhǎng)期探索，很多開(kāi)發(fā)商擬采用現(xiàn)存的工業(yè)以太網(wǎng)作為上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于單元機(jī)組的大部分非常復(fù)雜的控制功能，“徹底分散“由于故障點(diǎn)增多，反而會(huì)降低系 統(tǒng)的可靠性（即使將來(lái)開(kāi)發(fā)出兀余的ff-h1或profibus-pa過(guò)程控制總線(xiàn)），并使一個(gè)控制系 統(tǒng)功能必須以很高的處理周期，頻繁在2層通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換信息，因此，至少在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期 內(nèi)，技術(shù)上是不可行的。對(duì)于這部分系統(tǒng)的控制功能反而有趨向適度集屮的趨勢(shì)。單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的邏輯控制功能靠近或嵌入驅(qū)動(dòng)器中是一

24、個(gè)比較明顯的發(fā)展趨勢(shì)，這本質(zhì)上是 將dcs的驅(qū)動(dòng)邏輯模件放在現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)器附近，或者開(kāi)發(fā)內(nèi)嵌驅(qū)動(dòng)邏輯功能的智能驅(qū)動(dòng)器，通 過(guò)dcs的i/o總線(xiàn)或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，與控制室內(nèi)控制器相連，從而大大減少電纜和提越j(luò)靠性。 這不是fcs的獨(dú)創(chuàng)。對(duì)于簡(jiǎn)單的功能和對(duì)集中的控制系統(tǒng)，采用fcs的控制和處理功能徹底 分散到現(xiàn)場(chǎng)智能儀表中，而后納入dcs的方案，冃前看來(lái)是比較現(xiàn)實(shí)可行的。很多dcs都包含了各種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口，可以支持多種標(biāo)粧的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表、執(zhí)行 機(jī)構(gòu)等。此外，各dcs還改變了原來(lái)機(jī)柜架式安裝i/o模件、相對(duì)集中的控制站結(jié)構(gòu)，取而 代之的是進(jìn)一步分散的i/o模塊（導(dǎo)軌安裝），或小世化的i/o組件（可以現(xiàn)場(chǎng)安裝）或中小 型的plc。4.4火電廠(chǎng)工程控制系統(tǒng)推薦采用的設(shè)計(jì)原則根據(jù)上而的分析我們可以認(rèn)為，fcs不會(huì)簡(jiǎn)單地取代dcs, 口前我們正在經(jīng)歷一個(gè)較為 漫長(zhǎng)的兩者逐漸相互融合的過(guò)程。在這一過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)渡型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如在dcs 屮以fcs取代dcs小的某些子系統(tǒng)。用戶(hù)將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 器，服務(wù)器配有dcs中連接操作站的上層網(wǎng)絡(luò)接口，與操作站直接通信。在dcs的軟件系統(tǒng) 中訓(xùn)增添相應(yīng)的通信與管理軟件。這樣不需要對(duì)原有控制系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動(dòng)；fcs的現(xiàn) 場(chǎng)總線(xiàn)和全數(shù)字的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能化儀表融入dcs后，將徹底解決dcs工程師站無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀 表進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、