摘要：本文介绍了现场总线控制技术的特点、在发电厂中的应用范围及在国内发电厂中的应用状况，分析了在发电厂现场总线控制系统应用过程中出现的几种常见问题和应对措施。
随着发电厂建设的规模不断扩大以及自动化程度的不断提升，对点成的生产以及信息化管理提出了更高的要求，电厂的全面信息化管理的实现依赖于各个子系统提供丰富的，实时的现场信息，同时提高电厂的决策正确性，使电厂实现全场管理控制二者的一体化。理想的发电厂的管理控制大概可以分为以下两个层次：分别是厂级自动化管理信息的高速以太网和中间网络为生产过程的自动化网络，另外底部网络主要是各个子系统之间的现场的总线网络。同时根据生产与管理等各个环节的特点，发电厂自动化管理信息系统主要是划分为若干个子系统，然后各个子系统原则上相对独立，同时各个子系统内部各个模块相互之间联系紧密，但是与其他子系统之间的联系较小。
随着现场总线技术的日臻完善，发电厂的低压控制系统智能化，网络化已经成为发展趋势。同时采用大量的现场总线通信技术实现的电气自动化产品，它的出现势必会对计算机网络监控系统产生深远的影响，本文主要是 针对 发电厂低压控制系统的设计范围以及功能定位等各个方面进行深入分析。
1现场总线控制系统的特点
现场总线控制系统主要具有 开放性，分散性以及低成本三个主要特征
1.1系统的开放性
目前大多数的发电厂其现场总线系统都是采用开放性的网络结构布局方式，同时将各个控制器节点分散到现场，另外构建成网络拓扑结构例如星型或者环形灯，采用现场总线控制系统可以最大程度的减轻主机的工作负担。
1.2系统的分散性
总线控制系统的分散性意味着有较高程度的灵活性，系统非常容易进行扩建以及重组，同事通过现场总线对现场设备的调试以及校检工作，可以最大程度的检索维修人员，降低劳动的强度
1.3系统的低成本
现场总线系统的开放性的体系结构相比于传统技术大大缩短了开发的周期，另外成本也大幅度下降，同时节省了模拟信号传输过程中大量的转换装置维护费用，但从总体上来看，现场总线系统的成本远远低于DCS的成本
2现场总线的定义
现场总线是自动化系统中一种把大量现场级设备和操作级设备相连的工业通讯系统。其一般定义为：安装在制造或生产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、双向、多节点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线和现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。
3现场总线的特点
FCS的核心是总线协议，基础是现场智能仪表设备，本质是信息处理现场化。现场总线控制系统相对传统控制系统具有如下优势：
（1）控制精度提高
现场总线所双向传递的信号均为数字信号，消除了传统集散控制系统中A/D和D/A转换以及模拟信号在传输中受到干扰而产生的精度损失。
（2）节省大量电缆
由于现场总线网络的每一段都可以带数个到数十个智能仪表设备，将点对点的多电缆连接方式转变为双绞线/光纤的总线连接方式，大量减少电缆数量、敷设工作量和接线调试工作量。
（3）控制系统数字化
现场总线上连接的仪表设备均采用微机芯片，最底层的仪表、执行器、开关马达等能向系统提供详尽的参数、诊断等信息，同时管理人员也可通过现场总线对底层设备进行各种设置。
（4）高度分散性
在一些简单模拟量控制系统（如轴封蒸汽压力控制等）、开关量控制系统、数据采集系统中有实用意义和广阔的应用前景。
（5）节约维修费用，降低生命周期成本
管理人员通过FCS的智能仪表设备管理系统（AMS）查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻查故障，以便早期分析故障原因并快速排除。同时，根据AMS系统提供的信息准确地制定大修或抢修的作业计划和备件储备，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期成本。
4现场总线控制系统在发电厂中的应用范围及国内应用状况
发电厂控制具有控制任务集中而复杂的特点，且有不少复杂的调节回路，如协调控制、给水控制、磨煤机控制等，重要控制回路之间存在大量的控制器之间的信息交换。如果将机组控制功能全部分散到智能现场设备中，将会有大量控制系统网络分段之间的通讯，从而造成系统通讯负荷增大，处理周期会延长，信号传输的实时性会受到影响；更重要的是当网络分段出现故障时，不同网段上设备之间的联锁功能无法实现，严重情况下会影响到工艺系统及设备的安全运行。
因此，对于发电厂现场总线控制系统应遵循“适度分散”的原则，对于主厂房单元机组的控制，应在传统DCS的基础上采用现场总线技术：即出现故障将直接危及机组安全运行、主机和主要辅机的保护功能以及要求快速响应的对象以及重要的调节控制、SOE等不纳入现场总线系统，采用传统的DCS方式（DPU+I/O），按照工艺系统划分在不同的控制器中集中处理；其他控制和现场设备层可积极全面推进现场总线技术应用。
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而对于运行比较成熟的辅助系统，如锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、除灰系统、输煤系统等，由于基本都是开关量控制，可以全面采用现场总线控制系统。
华能金陵超超临界电厂作为2007年华能集团百万机组运用总线的一个试点，采用西门子SPPA-T3000控制系统和现场总线技术，于2009年底正式投入商业运行。主厂房除FSSS、DEH、ETS、MEH系统外，其他都是用的现场总线，功能、范围覆盖全厂主控及辅控系统。
华能荆门"上大压小"热电联产新建工程机组控制系统采用艾默生过程管理公司的OVATION分散控制系统，压力、差压变送器、气动调节执行机构等模拟量信号采用FF现场总线与分散控制系统连接，对电动执行机构、电动机等采用PROFIBUS-DP现场总线与分散控制系统连接。
当前国内发电厂积极推广现场总线技术的应用，应用现场总线控制系统，应本着循序渐进的原则，不断吸收成功的经验，条件不太充分的过程系统，不盲目推进。
5现场总线技术应用过程存在问题和预防措施
目前，虽然现场总线技术在电厂中的应用取得了很大的进展，但是电厂对FCS的经济性、安全性等方面还存在一些争议。现场总线技术的应用还存在一些问题：
（1）智能仪表价格昂贵，可选范围相对较小
并非所有的测控设备都具有总线接口，这限制了产品的选型；并且进口智能仪表设备的价格较传统仪表设备的价格高，这对现场仪表设备的总体成本增加较大。
（2）智能仪表设备的总线协议的一致性
虽然总线标准进行过多次修订，但是不同仪表设备制造商所支持的现场总线标准并不完全统一，各种开放的现场总线之间不能兼容，限制了仪表设备之间总线协议的匹配性。
（3）冗余技术有待进一步发展
现场总线通信网络的信息量大，但工作环境较集控室恶劣，通过现场总线的冗余配置，可大大提高系统的可靠性。
（4）工程安装和调试技术要求提高
现场总线系统的安装工作量减少，但技术要求提高。如通讯光纤的熔接、通讯电缆的分支连接、现场总线仪表通讯接口接线等。此外，由于现场总线技术包含许多新的技术内容，组态参数很多，不容易掌握，在工程调试和运行时常会遇到困难，因此，需要有一支较强的技术队伍来解决调试运行中产生的技术难题。
2）预防措施
根据工程的特点和需要，对各种现场总线系统的技术性能、市场占有率（包括国内、外）、产品配套程度、国内技术支持程度、供货商信誉、售后服务、价格和兼容性以及与其他系统接口的难易程度等进行综合比较，选用国际知名度高、信誉好、用户多、配套厂商多、产品性能优越的现场总线产品，从而可以保证使用者的投资具有长期效益。
由于现场总线的设计应用与现场仪表、控制设备的布置位置密切相关，在设计过程中要充分考虑设备的物理安装位置和网络分段对工艺系统运行的影响。在现场总线系统配置、网段划分、安全保护措施等方面应特别重视，在工程设计之前应积极开展与控制系统厂家之间的技术交流，以使机组控制系统设计合理、安全、可靠。
为了使工程设计达到预期的目标，工程建设各方应加强技术储备和广泛开展多方位的技术交流。工程技术人员应努力学习现场总线技术的有关知识，加深对现场总线的理解，逐步形成现场总线控制技术的工程应用能力。
6现场总线在电厂低压控制系统中应用的问题及改进
现场总线在电厂低压控制系统主要的改进问题包括系统底层信息的需求难以满足，而模拟技术又难以满足这些需求。HART技术是目前采用的快速简便的模拟信号技术，可以大规模地利用数字化提高仪表的智能水平，同时又广泛受到业内人士的青睐。
采购费用较高，总成本并没能得到节省，采购已经实施成本需要接受性能因素。节省电缆投资以及调试速度极快，另外还容易受到流程设备调试的影响等。
样本工程没有能够起到很好的模范警示作用，同时对现场总线价值往往认识不到位，从而使决策者望而止步，另外新上项目少；负责生产运行的技术人员更宁愿采取成熟的技术。
缺乏FCS维护的合格培训课程以及缺乏相应有力的应用支持，另外对现场总线的价值认识程度不够，还未能深入地挖掘FCS的潜力，同时如何从现场解决仪表集成问题以及稳定性也成为工作的重中之重。
现场总线价值的认识以及人员的培训是未来总线在电厂中低压控制系统的关键所在，首先主要是巩固以及提高现有的技术，而不是过分引进一些先进的技术，同时应该充分尊重用户的意见以及遵从国际的标准，另外不断地改变用户制定的要求来满足控制系统的更新换代。
7结束语
现场总线技术虽有很多优点，但由于前期投入成本高，和发电厂控制系统安全性考虑等原因，限制了它的优越性的体现。如何在DCS基础上，充分利用它的技术和资源，发挥FCS的优势是一个值得进一步研究的课题。
参考文献：
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[4]马玉敏. 发电厂现场总线控制系统应用研究[J].华电技术，2010，32（5）.
论文作者:李晶
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/22
标签：现场总线论文; 控制系统论文; 现场论文; 系统论文; 发电厂论文; 设备论文; 总线论文; 《电力设备》2019年第14期论文;