现场总线技术特点及应用原则_新闻_

李侠++王光锋

[摘要]现场总线控制系统是一种新型控制技术，具有节约成本、强大的开放性、互操作性与互换性等优点。本文根据笔者对该项技术的发展、应用现状、技术特点、总线标准、配置原则等方面的介绍，着重加深读者对现场总线控制技术的特点及应用原则了解与掌握，希望能借此推进该项新技术在电力行业的应用。

[关键词]现场总线控制技术 PROFIBUS协议基金会现场总线FF

中图分类号：G211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0047-01

1、现场总线技术发展

现场总线控制技术称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），它引发了自动控制领域的革命。采用现场总线技术，能够实现现场测控设备与控制站双向数字通信，并且能够监控、诊断和管理的控制系统。开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表是FCS的主要特征，使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃，同时可降低设计、施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。

2、国内电力企业应用现状

现场总线控制技术作为一种新兴技术，已广泛成功地应用在石化、冶金、等多个行业。

现场总线技术在电厂过程控制中只是在部分电力企业的部分控制系统应用，实质性实施却始终不多，究其原因主要有以下几点：

2.1 工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限于节省电缆、功能分散、设备信息数字化，缺乏应用的积极性；

2.2 电厂过程控制回路具有相关度高、控制功能复杂、安全性和稳定性要求高等特点，要求对现场总线技术的切实掌握和实践验证；

2.3 现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高，总线型设备的选择范围还相对较小，也在一定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程控制中的大量应用。

3、技术特点

应用现场总线控制技术能给自动控制系统带来质的革命，究其原因主要是其具有突出的技术特点，主要如下：

3.1 节约成本

采用现场总线后，控制系统的电缆、端子、电缆槽、桥架的用量减少，接线及查线的工作量减少。当需要增加现场总线设备时，可就近连接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少设计、安装的工作量。

3.2 开放性、互操作性与互换性

现场总线设备根据标准要求提供了电子设备描述语言和驱动软件。它们为对象设备提供一个不依赖某种软件平台的描述文件，使控制系统能够理解设备中数据的意义。

3.3 现场总线设备的全数字化、智能化

现场总线设备将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字計算和双向数字通信能力。这就使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传输误差，提高系统的可靠性。

4、现场总线技术标准与选用

现场总线技术标准，统一了规范，为实现该项控制技术实施打开了突破口，解决了接口瓶颈。目前国际现场总线还未形成统一的标准，适用于火电机组自动化控制系统的现场总线主要有PROFIBUS、基金会现场总线（FF）总线。

4.1 标准特点

PROFIBUS作为西门子场总线技术标准，经过10多年的技术发展，日渐成熟完善。1991年， PROFIBUS 成为德国标准（DIN 19245），1996年， PROFIBUS 成为欧洲标准（EN 50170），1997年，超过1百万个PROFIBUS 安装设备，1998年，过程自动化规范-PROFIBUS PA出版，1999年，安全技术规范- PROFIsafe 出版，用于变频驱动PROFIdrive 规范出版，2002年，PROFIBUS 成为国际标准（IEC 61158+IEC 61784），2003年，PROFIsafe广泛推向市场。PROFIBUS 国际组织（PI），拥有1200个会员。

西屋现场总线控制技术标准为FF协议（基金会现场总线），主要是连续量。FF现场总线的压力和差压变送器，当测量量程不超过该传感器的最大量程范围，则在变送器的AI模块中通过设定XD-SCALE和OUT-SCALE参数就可以修改和设置该变送器的测量量程，无需像4～20mA传统变送器那样用标准的信号发生器来改变和校验变送器的量程。

在冗余方面，目前PROFIBUS-DP已实现了网段介质冗余，但由于FF的H1和PROFIBUS-PA设备通常没有冗余接口，FF-H1及PA网段还没有实现冗余。

4.2 适用范围

两种总线标准相比而言，FF较适用于连续量控制，而PROFIBUS较适用于离散量控制，但同时也适用于连续量控制。FF现场总线设备具有一定的控制和运算功能，能够完成较单纯的单回路或串级调节任务，但是对于存在多回路耦合的复杂控制，需要在不同网段间传输数据，就可能影响控制的实时性。

4.3 DCS系统对标准支持情况

FOXBORO公司的I/A支持FF和PROFIBUS-DP现场总线标准；ABB公司Symphony系统开发了PROFIBUS和FF现场总线标准的通信接口。可以这样说，火电厂现场总线的应用将更侧重于现场设备的数字化及由此数字化而带来的种种益处，西门子、EMERSON、FOXBORO三家公司在现场总线方面的技术实力较为突出。

5、在电力过程控制系统中选用原则

5.1 控制系统选用原则

5.1.1 对锅炉、汽机的运行安全有重大影响的系统，采用常规IO方式，如FSSS、DEH、MEH、BPC、ETS等，不宜采用；

5.1.2 SOE、TSI采用常规IO采集方式（主要是扫描周期响应时间等问题），不宜采用；

5.1.3 DAS从现场直接采集的信号可采用FCS的仪表、设备；

5.1.4 SCS、MCS系统中部分子系统的设备可采用FCS；

5.1.5 保护和重要控制回路的4～20mA变送器的仪表如采用FCS，宜选择具有HART协议的变送器；

5.1.6 380V电动机采用现场总线，6kV电动机也可纳入FCS；

5.1.7 辅助（车间）控制系统：水、煤、灰等可以采用FCS。

5.2 网段选用原则

5.2.1 冗余设置的现场仪表应接入不同网段。

5.2.2 控制逻辑相关（同一控制回路中）的仪表和控制对象原则上挂接在同一总线网段上。