談如何解決現(xiàn)場總線技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題.doc

1、中國石油大學(xué)（華東)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)題 目：談如何解決現(xiàn)場總線技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題 學(xué)習(xí)中心：重慶信息工程專修學(xué)院奧鵬學(xué)習(xí)中心年級專業(yè)：0409級電氣工程及自動(dòng)化 學(xué)生姓名:曹 曉 豐 學(xué) 號： 0451480010 指導(dǎo)教師：韓 亞 軍 職 稱: 講 師 導(dǎo)師單位: 重 慶 信 息 工 程 專 修 學(xué) 院 中國石油大學(xué)（華東)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時(shí)間: 2007 年 12 月 25 日中國石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書發(fā)給學(xué)員 曹 曉 豐 1設(shè)計(jì)（論文）題目： 談如何解決現(xiàn)場總線技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： 年 月 日至 年 月

2、 日3設(shè)計(jì)(論文)課題要求：利用說學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)場總線技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題;通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深對所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解,并實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí).如有不熟悉的知識(shí)點(diǎn)，向指導(dǎo)老師請教.4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：在學(xué)校規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，運(yùn)用所學(xué)知識(shí),理論與實(shí)踐想結(jié)合，到相關(guān)場所現(xiàn)場勘察，從實(shí)際出發(fā)解決現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用問題。 5文獻(xiàn)查閱要求:充分利用課余時(shí)間到圖書館查閱相關(guān)課程設(shè)計(jì)資料或上網(wǎng)查找與論題相關(guān)的電子圖書、電子期刊等資料，特別是專業(yè)文獻(xiàn)和科技期刊；確保題材與設(shè)計(jì)的內(nèi)容相符，并能緊跟當(dāng)今科技的發(fā)展趨勢.6發(fā) 出 日 期: 年 月 日 7學(xué)員完成日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽

3、名： 學(xué) 生 簽 名: 曹曉豐 摘 要 現(xiàn)場總線的開發(fā)與發(fā)展代表了自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種前沿實(shí)力，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)的深度開發(fā)及完善也成為了當(dāng)今市場經(jīng)濟(jì)及一國工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一?，F(xiàn)場總線固然有很多的優(yōu)點(diǎn)，而且已日益受到人們的重視，有的已開始應(yīng)用，但是在實(shí)際應(yīng)用中還有許多應(yīng)該注意的問題。在應(yīng)用中，現(xiàn)場總線的開放性、互聯(lián)性及互操作性也決定了與之俱來的不可避免的安全等諸多問題。本文將在簡要描述現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ),緊扣系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性等，介紹現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)及目前較為流行的有實(shí)力的現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀的同時(shí)解決一些在實(shí)際應(yīng)用中遇到的一些問題并予以解決

4、，最后闡述現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢與技術(shù)展望。關(guān)鍵詞:現(xiàn)場總線 問題 應(yīng)用及解決方法 目 錄摘 要i目 錄ii第1章 前言11.1 現(xiàn)場總線技術(shù)的概念11。2 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀21.3 應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)存在的問題41。3。1 對現(xiàn)場總線在應(yīng)用的分析41。3。2 在工程方面的問題51。3.3 調(diào)試與運(yùn)行方面的問題51.3。4 技術(shù)方面的問題51.3。5 總體上的問題61.3。6 開發(fā)推廣的問題71。3.7 瓶頸問題71.4 通過實(shí)踐來解決應(yīng)用中的問題71.4。1 解決總線選擇問題71.4.2 系統(tǒng)集成商選擇問題81。4.3 降低工程費(fèi)用問題81。4。4 解決瓶頸問題91。5 下一步現(xiàn)場總線應(yīng)用

5、的熱點(diǎn)91.6 智能化現(xiàn)場儀表的開發(fā)和應(yīng)用情況111。7 應(yīng)注意的幾個(gè)問題121.7。1 現(xiàn)場總線噪音問題121。7。2 冗余問題121。7。3 維修成本較高131.7.4 對機(jī)組保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮13第2章 現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中的應(yīng)用142.1 電廠生產(chǎn)過程的控制特點(diǎn)142。2 應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中存在的問題142.3 電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的對策162。3.1 搞清利弊和投資估算182。3.2 明確條件182。3。3 努力使現(xiàn)場設(shè)備的總線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一182。3。4 合理調(diào)整費(fèi)用192。3.5 提高業(yè)務(wù)與技術(shù)水平192。3。6 大家憂慮的現(xiàn)場總線的冗余問題202.3。7 電廠現(xiàn)場總線的選擇21

6、2。3.8 對控制電廠SIS投資的一些不成熟的看法22第3章 結(jié) 論24致 謝25參考資料26第1章 前言1。1 現(xiàn)場總線技術(shù)的概念在企業(yè)信息化的建設(shè)過程中，越來越多的專家、學(xué)者和電力工程設(shè)計(jì)人員意識(shí)到推動(dòng)現(xiàn)場總線技術(shù)在企業(yè)應(yīng)用的重要性和迫切性,已有許多論文提出了基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用設(shè)想和建議。但到目前為止,在國內(nèi)已建和在建電廠中，真正意義上的全面和系統(tǒng)地應(yīng)用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實(shí)例還未見報(bào)道,見諸于文獻(xiàn)的還只是局部的試點(diǎn)應(yīng)用。大家對現(xiàn)場總線技術(shù)代表了未來電廠自動(dòng)化的發(fā)展方向均持肯定和積極的態(tài)度,但為什么在工程設(shè)計(jì)中卻又難以進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用呢？根據(jù)國際電工委員會(huì)IEC61158

7、標(biāo)準(zhǔn)的定義:安裝在制造或生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、雙向、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線.由現(xiàn)場總線與現(xiàn)場智能設(shè)備組成的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)。而衡量一個(gè)控制系統(tǒng)是否為真正的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS有三個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，即：核心、基礎(chǔ)和本質(zhì)。FCS的核心是總線協(xié)議，只有遵循現(xiàn)場總線協(xié)議的控制系統(tǒng),才能稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；FCS的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場儀表，它是FCS的硬件支撐；FCS的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化,這是FCS的系統(tǒng)效能體現(xiàn)。從上述定義可以看出，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種全計(jì)算機(jī)、全數(shù)字、雙向通信的新型

8、控制系統(tǒng)。它與DCS的本質(zhì)差異在于現(xiàn)場級設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)了控制裝置與現(xiàn)場裝置的雙向通信,消除了生產(chǎn)過程監(jiān)控的信息“盲點(diǎn)”.可以說，現(xiàn)場設(shè)備級的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是工廠信息化管理的基礎(chǔ)。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn),并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革.國際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)。1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀CPU技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了現(xiàn)場儀表和裝置的數(shù)字化革命，也使得現(xiàn)場儀表和裝置之間的數(shù)字通

9、訊成為可能.數(shù)字化、智能化的現(xiàn)場儀表和裝置（如傳感器、執(zhí)行器等)不僅僅是替代了420 mA模擬系統(tǒng)，更主要的是可以在現(xiàn)場設(shè)備中實(shí)現(xiàn)控制功能和設(shè)備管理功能，而且有了數(shù)字通訊，在控制室可以獲得現(xiàn)場設(shè)備的諸多信息,如診斷、量程、組態(tài)和標(biāo)識(shí)等。現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn),使得原來需要大量電纜進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)連接的眾多現(xiàn)場設(shè)備信號可通過一根網(wǎng)絡(luò)電纜來傳輸，可以顯著減少電纜的使用量及降低相關(guān)的材料和安裝費(fèi)用?，F(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)就是要為用戶提供開放的、具有可互操作性、可互換性和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的測量和控制產(chǎn)品，克服傳統(tǒng)DCS和PLC等含有專利性技術(shù)的控制系統(tǒng)所帶來的封閉性問題,擇優(yōu)選擇不同公司的產(chǎn)品,集成最佳的生產(chǎn)過程控制

10、系統(tǒng)，降低工程項(xiàng)目的建造和運(yùn)營成本，提高企業(yè)的競爭力.綜合有關(guān)資料的論述，同傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)相比,以現(xiàn)場總線技術(shù)為了基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)FCS的優(yōu)越性概括起來有以下幾方面：(1） 互操作性(2） 分散性（3） 可靠性（4) 精確性（5） 開放性（6） 經(jīng)濟(jì)性 （7) 可維護(hù)性。這些特點(diǎn)和優(yōu)越性在相關(guān)的文獻(xiàn)中有詳細(xì)的闡述，在此不再贅述。既然有這么多的好處，我們?yōu)槭裁床环e極使用呢？這就又引出了現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)之爭以及現(xiàn)場總線自身的局限性問題。首先,現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之爭的結(jié)果就是1999年底IEC TC65（負(fù)責(zé)工業(yè)測量和控制的第65標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)）通過了 8種類型的現(xiàn)場總線作為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)

11、。2001年8月經(jīng)過修訂制定出10種類型的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（第三版)，分別為:Type 1 TS61158現(xiàn)場總線Type 2 Control Net 和Ethernet/IP現(xiàn)場總線Type 3 Profibus現(xiàn)場總線Type 4 PNet現(xiàn)場總線Type 5 FF HSE現(xiàn)場總線Type 6 Swift Net現(xiàn)場總線Type 7 WorldFIP現(xiàn)場總線Type 8 Interbus現(xiàn)場總線Type 9 FF H1 現(xiàn)場總線Type 10 PROFInet現(xiàn)場總線（2003年4月成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)）除了上述10種標(biāo)準(zhǔn)之外，還有IEC TC17B通過的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)SDS（Smart Distr

12、ibuted System）、ASI（Actuator Sensor Interface)和DeviceNet，以及ISO11898的CAN協(xié)議，還有一些歐洲標(biāo)準(zhǔn).這么多的標(biāo)準(zhǔn)給用戶應(yīng)用帶來了很大的困惑，也就導(dǎo)致了沒有事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)椴煌默F(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之間是不能夠直接進(jìn)行互連和通訊的.其次，上述各種現(xiàn)場總線是針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的，現(xiàn)場總線自身存在著應(yīng)用領(lǐng)域的局限性。在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，離散邏輯控制處于主導(dǎo)地位，因?yàn)楣S自動(dòng)化含有快速移動(dòng)的機(jī)械,同較慢的過程自動(dòng)化相比，要有更快的響應(yīng)。適用于這類場合的現(xiàn)場總線類型有DeviceNet、 ControlNet、Profibus（DP及F

13、MS應(yīng)用行規(guī))、以及Interbus、ASI（ASInterface)。在過程自動(dòng)化領(lǐng)域，連續(xù)的調(diào)節(jié)性控制占支配地位,但也包含離散或開關(guān)量控制。適用于這類場合的現(xiàn)場總線類型有Foundation Fieldbus， ProfibusPA、WorldFIP等。1。3 應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)存在的問題1。3.1 對現(xiàn)場總線在應(yīng)用的分析信號傳輸數(shù)字化是所有現(xiàn)場總線的基本特點(diǎn),它使系統(tǒng)精度提高；現(xiàn)場設(shè)備的信息增加幾十倍，可用于自診斷、系統(tǒng)調(diào)試和管理，提高系統(tǒng)的有效性；同一電纜掛接多臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備,可節(jié)省電纜70%90及施工量。但節(jié)省電纜只不過是現(xiàn)場總線技術(shù)表層的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)镈CSPLC遠(yuǎn)程IO也可達(dá)到類似效果,而

14、從現(xiàn)場設(shè)備獲得豐富的信息才是現(xiàn)場總線技術(shù)獨(dú)有的本質(zhì)優(yōu)越性。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一開放是所有現(xiàn)場總線必需的特點(diǎn)，也是它與許多原來專有的通信總線的關(guān)鍵區(qū)別之一。它給用戶帶來的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是打破了個(gè)別廠商的壟斷，給技術(shù)以強(qiáng)大的支持群體，促進(jìn)公平競爭,促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。DCS只做到操作站以上開放,控制層不可能開放,而FCS則做到系統(tǒng)從上到下全開放.不同總線開放的程度和難度都有所區(qū)別，簡單的IO總線開放的難度較低，而控制用的系統(tǒng)總線的開放互操作就很難.控制徹底分散是現(xiàn)場總線具有的突出特點(diǎn)。它給用戶帶來的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是由高度智能的現(xiàn)場設(shè)備來分散完成DCS控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的層次，可降低設(shè)備費(fèi)用,使控制風(fēng)險(xiǎn)徹底分

15、散，提高系統(tǒng)控制的自治性和可靠性.當(dāng)然,現(xiàn)場總線也有難以發(fā)揮其優(yōu)勢的場合。在很長時(shí)期內(nèi)，包括DCSPLC在內(nèi)的許多控制系統(tǒng)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)與現(xiàn)場總線共存，這和DCS出現(xiàn)后乃至今天許多原有控制設(shè)備依然存在的局面相似。目前現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的應(yīng)用已取得很大進(jìn)展,但也存在一些問題，制約了其推廣.1.3。2 在工程方面的問題在工程應(yīng)用方面,工程投資比較大.雖然各種現(xiàn)場總線都把節(jié)省費(fèi)用當(dāng)成自己的主要優(yōu)點(diǎn),但在實(shí)際應(yīng)用中現(xiàn)場總線的投資比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)要大.一是試用的系統(tǒng)規(guī)模太?。欢窃囉玫南到y(tǒng)并不分散或者是利用原有布線的改造項(xiàng)目，因此無法充分發(fā)揮現(xiàn)場總線節(jié)省電纜的優(yōu)勢。1。3.3 調(diào)試與運(yùn)行方面的問題其次，調(diào)

16、試和運(yùn)行比較難。由于現(xiàn)階段熟練掌握現(xiàn)場總線的應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)技術(shù)的人才少,企業(yè)在調(diào)試和運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到困難。因此,企業(yè)在選擇系統(tǒng)集成商時(shí),應(yīng)選擇技術(shù)力量比較強(qiáng),比較有經(jīng)驗(yàn)的單位.再者，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比優(yōu)點(diǎn)不明顯.以智能化現(xiàn)場儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在于控制方面，更多的在于自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。1.3。4 技術(shù)方面的問題在技術(shù)方面，當(dāng)總線切斷時(shí)，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果，用戶希望這時(shí)系統(tǒng)的效能可以降低,但不能崩潰，這一點(diǎn)目前許多現(xiàn)場總線不能保證；現(xiàn)有的防爆規(guī)定限制了總線長度和總線上所掛設(shè)備的數(shù)量，也就限制了現(xiàn)場總線節(jié)省電纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮;系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過分復(fù)雜，不

17、容易掌握。但組態(tài)參數(shù)設(shè)定得好壞，對系統(tǒng)性能影響很大。在應(yīng)用中，現(xiàn)場總線的開放、互聯(lián)性及互操作性決定了與之俱來的不可避免的安全問題。外部網(wǎng)是一個(gè)由現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，是和企業(yè)的Intranet緊密結(jié)合在一起的，存在著與Internet普通應(yīng)用相同的種種威脅，包括竊聽、盜取資料、非法獲取控制權(quán)、進(jìn)行破壞、阻礙通信等。要解決這些問題，必須建立起一套適合企業(yè)的針對現(xiàn)場總線應(yīng)用的安全策略。在Intranet內(nèi)部,人們?nèi)菀追潘删?由于現(xiàn)場總線多應(yīng)用于化工、電氣及樓宇自動(dòng)化控制中,這些場合都要求系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,因此現(xiàn)場總線可能受到的攻擊時(shí)間與普通應(yīng)用相比長得多?；诎踩闆r，可以考慮將各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)得較

18、為獨(dú)立,使一個(gè)子系統(tǒng)受到破壞不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng);采用通信控制器將總線與以太網(wǎng)相聯(lián)，改善通信控制器的功能，可以起到一定程度的安全防范作用，包括拒絕非法訪問,危險(xiǎn)時(shí)將總線與以太網(wǎng)隔離等;進(jìn)行合理的冗余設(shè)計(jì),以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性.1。3。5 總體上的問題“說"的人和“聽”的人多，“用"的人少現(xiàn)在每年舉辦的現(xiàn)場總線講座、刊登的現(xiàn)場總線文章量很大，聽眾和讀者也很多。問題是用現(xiàn)場總線的人還不夠多，主要原因可能是關(guān)心現(xiàn)場總線的以技術(shù)人員為多，有決策權(quán)的企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)們對現(xiàn)場總線“聽”和“讀”還不夠多。下一步可能需要加強(qiáng)對企業(yè)決策者的宣傳。初步了解現(xiàn)場總線的人多，熟練掌握應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)技術(shù)的人才少“

19、聽”過，“讀”過現(xiàn)場總線的人多了,議論現(xiàn)場總線的人也多了，但是由于真正做過現(xiàn)場總線工作的人少，因此在現(xiàn)場總線產(chǎn)品應(yīng)用、現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成、現(xiàn)場總線產(chǎn)品開發(fā)方面都顯得人才匱乏。看來企業(yè)有必要加強(qiáng)對自己技術(shù)人員的培養(yǎng)?，F(xiàn)場總線種類很多，不知道到底哪種好一些企業(yè)下決心要提高自動(dòng)控制裝備的技術(shù)水平,準(zhǔn)備上現(xiàn)場總線.但是面對如此眾多的現(xiàn)場總線,以及各種現(xiàn)場總線之間的相互攻擊宣傳，企業(yè)無法決定到底選哪一種現(xiàn)場總線.我們認(rèn)為現(xiàn)場總線在中國作為一種新興技術(shù)，對各種具體的現(xiàn)場總線具有一榮俱榮、一毀俱毀的效果。各種現(xiàn)場總線之間的相互攻擊對自身也是有殺傷力的。在開發(fā)現(xiàn)場總線時(shí),應(yīng)根據(jù)所針對的服務(wù)對象來選擇現(xiàn)場總線。前

20、幾年，我們一般是根據(jù)得到技術(shù)資料、開發(fā)工具的難易的程度來選擇現(xiàn)場總線,因此導(dǎo)致國內(nèi)很多單位集中開發(fā)某種現(xiàn)場總線.現(xiàn)在資料、工具都比較容易獲得，而且現(xiàn)場總線的核心通信棧的使用許可也比較容易解決,已經(jīng)到了按應(yīng)用來選擇現(xiàn)場總線的時(shí)候.根據(jù)各方面了解的情況，采取購習(xí)成熟的現(xiàn)場總線通信使用許可,是保證開發(fā)質(zhì)量和產(chǎn)品可互操作性的捷徑。1。3.6 開發(fā)推廣的問題開發(fā)的難度遠(yuǎn)比預(yù)料的大 所需的人力、物力、時(shí)間和經(jīng)費(fèi)遠(yuǎn)比預(yù)料的多.許多企業(yè)一開始僅僅把現(xiàn)場總線看成是通信問題，現(xiàn)場的企業(yè)一般都有幾個(gè)搞過計(jì)算機(jī)通信的問題，現(xiàn)在的企業(yè)一般都有幾個(gè)搞過計(jì)算機(jī)通信的技術(shù)人員，因此把問題看得很簡單.實(shí)際上現(xiàn)場總線是特定的現(xiàn)場

21、應(yīng)用技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，單靠計(jì)算機(jī)通信技術(shù)人員還不足以完成開發(fā)。在投入開發(fā)現(xiàn)場總線產(chǎn)品時(shí),還必須考慮到現(xiàn)場總線是正在發(fā)展中的技術(shù),只有持續(xù)的投入才會(huì)有所收獲.在有足夠資金支持時(shí)，采用購買通信棧使用許可的方法，是早出成果的捷徑.推廣應(yīng)用所要做的工作過于繁鎖 由于現(xiàn)場總線技術(shù)比較新和技術(shù)本身的復(fù)雜性，推廣應(yīng)用中會(huì)遇到許多意想不到問題，這一點(diǎn)連國外大公司的產(chǎn)品在我國推廣時(shí)也不例外.1.3。7 瓶頸問題雖然現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展非常詞，但是從眾多用戶的反映中發(fā)現(xiàn)有三個(gè)瓶頸阻礙應(yīng)用面的擴(kuò)大.當(dāng)總線切斷時(shí)，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果 用戶希望，這時(shí)系統(tǒng)的效能可以降低，但不能崩潰，這一點(diǎn)目前許

22、多現(xiàn)場總線不能保證.在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有的防爆規(guī)定限制總線的長度和總線上所掛設(shè)備的數(shù)量 這就是限制了現(xiàn)場總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮.系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過分復(fù)雜 現(xiàn)場總線的組態(tài)參數(shù)很多，不容易掌握，但組態(tài)參數(shù)設(shè)定得好壞,對系統(tǒng)性能影響很大。1。4 通過實(shí)踐來解決應(yīng)用中的問題1。4。1 解決總線選擇問題每種現(xiàn)場總線都有自己最適合的應(yīng)用領(lǐng)域，如果能根據(jù)應(yīng)用對象，將不同層次的現(xiàn)場總線組合使用，使系統(tǒng)的各部分都選擇最合適的現(xiàn)場總線，這樣既能充分展現(xiàn)現(xiàn)場總線的優(yōu)越性,又能有效地降低成本.要搞現(xiàn)場總線的組合應(yīng)用,就必須直接了解各種現(xiàn)場總線的技術(shù)細(xì)節(jié)和它們的最新發(fā)展,以便在組合應(yīng)用中揚(yáng)長避短?，F(xiàn)場總線并不是為解決傳統(tǒng)

23、控制系統(tǒng)不能解決的問題而出現(xiàn)的.它的主要優(yōu)點(diǎn)是更靈活、更開放,并為采用新型的系統(tǒng)維護(hù)方式和企業(yè)管理模式提供了可能。因此在以價(jià)格作為首選條件的場合，系統(tǒng)規(guī)模較小、控制對象分布比較集中的場合,以及沒有擴(kuò)展設(shè)備智能診斷和管理要求的場合，現(xiàn)場總線并不一定是最佳選擇.1.4.2 系統(tǒng)集成商選擇問題由于現(xiàn)階段大多數(shù)企業(yè)都缺乏現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此慎重地選擇有經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)提供商和系統(tǒng)集成商非常重要。應(yīng)該選能提供多種現(xiàn)場總線產(chǎn)品的供應(yīng)商,有多種現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)，尤其是有現(xiàn)場總線組合系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)的服務(wù)商；系統(tǒng)集成商要有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)功能組態(tài)的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)布局時(shí)，不僅要考慮

24、各現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的距離，還要考慮現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)之間的功能關(guān)系、信息在網(wǎng)絡(luò)上的流動(dòng)情況等。由于智能化現(xiàn)場儀表的功能很強(qiáng)，因此許多儀表會(huì)有同樣的功能塊，組態(tài)時(shí)選哪個(gè)功能塊是要仔細(xì)考慮的:要使網(wǎng)絡(luò)上的信息流動(dòng)最小化。同時(shí)通信參數(shù)的組態(tài)也很重要，要在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與網(wǎng)絡(luò)效率之間做好平衡；系統(tǒng)集成商還要有足夠的智能儀表系統(tǒng)的調(diào)試技巧和經(jīng)驗(yàn)。大量的智能儀表為系統(tǒng)調(diào)試提供了許多方便，充分利用儀表的智能功能可以高效地完成復(fù)雜的調(diào)試.這需要系統(tǒng)集成者對智能儀表的功能非常熟，并掌握一定的調(diào)試技巧。1。4.3 降低工程費(fèi)用問題現(xiàn)場總線系統(tǒng)在一定條件下才能展現(xiàn)顯著降低工程費(fèi)用的特點(diǎn)，這些條件在許多應(yīng)用中并不具備。但是我們還是可以想

25、一些辦法降低成本?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)成本高的重點(diǎn)是智能化現(xiàn)場儀表價(jià)格高。如果少用一點(diǎn)，尤其是盡可能少用個(gè)別價(jià)格特別昂貴的特殊智能儀表,將可以大大降低工程費(fèi)用。不同形式的現(xiàn)場總線應(yīng)用方式會(huì)有不同的價(jià)格表現(xiàn)。采用遠(yuǎn)程I/O方式、現(xiàn)場PLC方式、現(xiàn)場IPC方式或采用現(xiàn)場總線組合應(yīng)用方式都可以有效地降低工程費(fèi)用。一些技術(shù)人員認(rèn)為，不采用現(xiàn)場智能儀表和現(xiàn)場智能設(shè)備,就不是純粹的現(xiàn)場總線。應(yīng)該看到，現(xiàn)場總線技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是可以降低系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本，因此如果我們能夠降低成本，為什么非要追求現(xiàn)場總線的純粹性呢？我們認(rèn)為多種現(xiàn)場總線組合、智能儀表與傳統(tǒng)模擬儀表組合的混合系統(tǒng)（典型代表是DeltaV系統(tǒng))將會(huì)長

26、期存在。發(fā)展混合系統(tǒng)是推廣現(xiàn)場總線技術(shù)的必要步驟。1.4.4 解決瓶頸問題大力推進(jìn)對FISCO3技術(shù)和低功耗技術(shù)的研究和推廣，可以解決現(xiàn)場總線的本安防爆瓶頸。FISCO技術(shù)基本解決了線纜長度問題,同時(shí)將掛接的現(xiàn)場儀表數(shù)量擴(kuò)展到10臺(tái)。但實(shí)際是否能接10臺(tái)儀表,還要看現(xiàn)場儀表的功耗是否低到規(guī)定值.現(xiàn)場總線系統(tǒng)軟件開發(fā)者應(yīng)盡快提供智能化組態(tài)軟件。目前的組態(tài)軟件提供了一系統(tǒng)缺省參數(shù)設(shè)置,這種設(shè)置對許多場合都是可以用的。但是當(dāng)調(diào)整了部分參數(shù)后,另一些參數(shù)需要做相應(yīng)的變化;這項(xiàng)工作應(yīng)該可以自動(dòng)化，不過目前還是由人憑經(jīng)驗(yàn)來做。對于有高可靠性要求的場合,目前往往采用雙機(jī)雙網(wǎng)絡(luò)熱備份的方式冗余技術(shù)的研究,以避

27、免斷線引起的系統(tǒng)崩潰?，F(xiàn)在已經(jīng)有國內(nèi)企業(yè)在考慮開發(fā)一種應(yīng)用技術(shù)來解決這個(gè)問題。1.5 下一步現(xiàn)場總線應(yīng)用的熱點(diǎn)由于Ethernet技術(shù)的快速發(fā)展，Ethernet介入控制已經(jīng)成為事實(shí)4。有一些人認(rèn)為Ethernet將會(huì)取代現(xiàn)場總線。我們認(rèn)為它并不會(huì)馬上取代將會(huì)取代現(xiàn)場總線。我們認(rèn)為它并不會(huì)馬上取代全部現(xiàn)場總線,因?yàn)樗鼈冎g還是有許多不同.表1列出IEC 61158.2的H1系列總線與Ethernet物理層的對比，可見Ethernet目前還難以解決兩者之間的差異.而且Ethernet最有競爭力的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，如果Ethernet最終解決了現(xiàn)場總線的全部問題，那么它還價(jià)廉嗎？對于已經(jīng)非常價(jià)廉、乘

28、法的AS-I、SDS等現(xiàn)場總線，有必要去取代它們嗎?所以我們認(rèn)為整合了Ethernet和TCP/IP技術(shù)的現(xiàn)場總線是今后發(fā)展的主流體系和應(yīng)用熱點(diǎn)。Ethernet在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用需要解決實(shí)時(shí)性問題、可互操作問題,與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合是解決上述問題的途徑之一。如何整合Ethernet與現(xiàn)場總線,對各種現(xiàn)場總線的未來命運(yùn)是至關(guān)重要的，因此各種現(xiàn)場總線在整合的方法上展開了激烈的爭奪，成為當(dāng)前現(xiàn)場總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前現(xiàn)場總線正在開發(fā)與Ethernet、TCP/IP結(jié)合的技術(shù)有：ControlNet、DeviceNet和Ethernet/IP聯(lián)合推出CIP（Control and Information

29、 Protocol）；Foundation Fieldbus推出HSE(High Speed Ethernet)；Profibus推出ProfiNet；還有一些現(xiàn)場總線本身就是與Ethernet功能接近的LAN（局域網(wǎng)），因此它們不經(jīng)過Ethernet而直接與TCP/IP推出WorldFIP推出WorldFIP TCP/IP。Ethernet與現(xiàn)場總線整合的方案分三種即：包裹法、網(wǎng)關(guān)和代理服務(wù)器法和重建法。包裹法 典型代表是CIP、HSE和ModbusTCP/IP。整合的方法是:將幾科保持原樣的現(xiàn)場總線報(bào)文作為“用戶數(shù)據(jù)”嵌入TCP/UDP的數(shù)據(jù)幀,然后在Ethernet上發(fā)送.其優(yōu)點(diǎn)是不需要

30、花時(shí)間一切新的規(guī)范，有得向下兼容，不同現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)可以同時(shí)傳輸。缺點(diǎn)是報(bào)文的效率低，更適合傳送長數(shù)據(jù)。例如CIP就是將ControlNet、DeviceNet和Ethernet/IP報(bào)文加上表示是哪一種現(xiàn)場總線的報(bào)文經(jīng)常很短,因此常常需要填入無效內(nèi)容，降低報(bào)文效率。InterBurs采用反向包裹法。它是將TCP/IP數(shù)據(jù)幀嵌入InterBus報(bào)文.由于InterBus報(bào)文短，TCP/IP數(shù)據(jù)幀被拆開傳送。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：InterBus設(shè)備可以不受影響地用在現(xiàn)場,正常運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)場總線短報(bào)文信息傳輸效率大大提高。需要拆開傳送的長報(bào)文主要用于傳送程序和組態(tài)信息，這種傳送出現(xiàn)的幾率稍低，而且對實(shí)時(shí)

31、性的要求也低。網(wǎng)關(guān)和代理服務(wù)器法 網(wǎng)關(guān)和代理服務(wù)器法是傳統(tǒng)的跨協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，在現(xiàn)場總線領(lǐng)域中的典型代表是ProfiNet。事例的方法是通過網(wǎng)關(guān)或代理服務(wù)器進(jìn)行Ethernet與現(xiàn)場總線的信息轉(zhuǎn)換.優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)在用的現(xiàn)場總線設(shè)備可以不受限制地用下去。缺點(diǎn)是不同現(xiàn)場總線同時(shí)使用時(shí)系統(tǒng)組態(tài)很復(fù)雜,實(shí)時(shí)性受到一定影響。重建法 就是拋棄已有現(xiàn)場總線,為Ethernet建新的實(shí)時(shí)通信用戶層，從而建立以Ethernet為基礎(chǔ)的全新現(xiàn)場總線。典型代表是：IDA（Interface for Distributed Automation）。我們都知道現(xiàn)場總線前一輪的熱點(diǎn)是國際標(biāo)準(zhǔn)，最后Profibus與FF鷸蚌相爭

32、的結(jié)果是其它現(xiàn)場總線漁翁得利，產(chǎn)生了包括8種現(xiàn)場總線的IEC標(biāo)準(zhǔn)。這一輪沒有贏家。下輪的熱點(diǎn)將是Ethernet用戶層之爭，信在Ethernet的用戶層或Ethernet的整合方式上搶得先機(jī)，誰就將在今后的競爭中贏得主動(dòng)。1.6 智能化現(xiàn)場儀表的開發(fā)和應(yīng)用情況由于無法完全自主地選擇現(xiàn)場總線,只能按技術(shù)資料的開放程序,得到開發(fā)工具的難易程序和成本來選擇現(xiàn)場總線。因此“九五”科技攻關(guān)計(jì)劃決定對HART和FF進(jìn)行攻關(guān)，十多家單位參加三個(gè)項(xiàng)目的攻關(guān)。現(xiàn)在“九五”攻關(guān)項(xiàng)目已經(jīng)完成驗(yàn)收.其中浙江大學(xué)承擔(dān)的項(xiàng)目獲得了國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。中科院沈陽自動(dòng)化所和聯(lián)合攻關(guān)集團(tuán)（由上海自動(dòng)化儀表股份公司、重慶四聯(lián)集團(tuán)

33、有限責(zé)任公司、西安儀表有限責(zé)任公司、北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司、重慶自動(dòng)化儀表研究所和上海工業(yè)自動(dòng)化儀表所組成）開發(fā)的FF通信棧分別通過了FF的一致性認(rèn)證。聯(lián)合攻關(guān)集團(tuán)開發(fā)了40余種基型現(xiàn)場總線智能化儀表。其中基于HART的智能化儀表已經(jīng)投入指生產(chǎn).用上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所開發(fā)的智能圓卡生產(chǎn)的智能電容式變送器WT-2000型已經(jīng)通過HART基金會(huì)的認(rèn)證和DDL注冊.北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司的智能溫度變送器也通過 了HART基金會(huì)的認(rèn)證.國內(nèi)成立了HART儀表登記辦公室，對國產(chǎn)HART儀表進(jìn)行登錄。已經(jīng)有一批產(chǎn)品做了登錄.許多采用LonWorks技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)在樓宇自動(dòng)化工程和環(huán)保工程中投入使用

34、。采用Profibus、LonWorks和DeviceNet的電器設(shè)備完成開發(fā)，即將投入使用。目前的應(yīng)用情況是:儀表正常運(yùn)行時(shí)用到的智能功能并不多，智能儀表的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在性能穩(wěn)定，精度高。在系統(tǒng)安裝調(diào)試和周期性維護(hù)中智能儀表的智能功能已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性,用戶對國產(chǎn)智能儀表的接受程度大大提高?，F(xiàn)價(jià)段智能儀表最大的受益者是現(xiàn)場儀表生產(chǎn)企業(yè).儀表廠普遍感到智能儀表改善了儀表的性能，提高了生產(chǎn)效率，彌補(bǔ)了國產(chǎn)傳感器的缺陷，降低了部件的廢品率，減少了生產(chǎn)消耗。存在的問題是：由于智能化儀表的穩(wěn)定性、分辨率大大提高，能夠洞悉傳感器、執(zhí)行器提出了更高的要求，這些要求目前還不能完全滿足；智能化儀表的銷售、

35、培訓(xùn)、宣傳服務(wù)很不夠，許多智能儀表在用戶處沒有充分發(fā)揮作用.1。7 應(yīng)注意的幾個(gè)問題1.7。1 現(xiàn)場總線噪音問題現(xiàn)場總線應(yīng)用必然涉及到系統(tǒng)噪音問題，由于所有的現(xiàn)場設(shè)備完全連接到現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，連接處必然使用TAP接頭，這種接頭長期處于現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣的地方,就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)噪音的現(xiàn)象，繼而出現(xiàn)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤的報(bào)警，所以現(xiàn)場總線對現(xiàn)場的衛(wèi)生條件,現(xiàn)場的振動(dòng)條件都有嚴(yán)格的要求。接頭每次停機(jī)都要進(jìn)行檢查，但是并不是檢查后就可以完全消除噪音。 1.7.2 冗余問題現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)思想，低速部分是不要冗余的,因?yàn)楝F(xiàn)場總線已經(jīng)分散了危險(xiǎn)，現(xiàn)場儀表在現(xiàn)場可以自成調(diào)節(jié)回路而實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)。雖然是這樣，但是由于沒

36、有冗余功能，所以一旦總線故障，雖然可以完全依靠就地來完成功能調(diào)節(jié)，卻無法讓運(yùn)行人員監(jiān)視到全系統(tǒng)運(yùn)行狀況，按照熱控的檢修標(biāo)準(zhǔn)在控制系統(tǒng)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視就應(yīng)該停止機(jī)組運(yùn)行，所以要想達(dá)到安全的目的，冗余設(shè)計(jì)是很有必要的。1.7.3 維修成本較高 如果在以往的DCS系統(tǒng)改為有現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS系統(tǒng)，現(xiàn)場的設(shè)備需要全部更換,以便適應(yīng)現(xiàn)場總線的需要,現(xiàn)場智能設(shè)備承擔(dān)的調(diào)節(jié)功能增加也會(huì)使其造價(jià)的成本增加，同樣維修中，如果更換一樣儀表都會(huì)有很昂貴的費(fèi)用.減低這種費(fèi)用就要選擇信譽(yù)較好的廠家,使用其設(shè)備，如果設(shè)備的性能好，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，同樣可以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的效果，改善設(shè)備運(yùn)行性能。1.7。4 對機(jī)

37、組保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮比如說在電廠中,熱控最重要的是對熱控保護(hù)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)，防止保護(hù)不發(fā)生誤動(dòng)同時(shí)也要保證保護(hù)不發(fā)生拒動(dòng)，要求在控制系統(tǒng)的IO卡件以及設(shè)備上要求采用三取二的要求：如汽包水位變送器設(shè)計(jì)、爐膛負(fù)壓的設(shè)計(jì)在DCS上要求現(xiàn)場的三個(gè)設(shè)備分別進(jìn)入三個(gè)不相同的IO卡件當(dāng)中，三個(gè)不同的IO卡件分屬不同的控制站，達(dá)到保護(hù)不因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備、一個(gè)IO卡件、一個(gè)故障而導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象現(xiàn)場總線對這方面應(yīng)該著重考慮，由于現(xiàn)場總線現(xiàn)場布置需要我們改變這種設(shè)計(jì)，否則就要增加費(fèi)用,如就地設(shè)備需要在就地完成三取二功能，而且信號需要分別與三條就地總線到達(dá)三個(gè)控制柜，這無疑增加了工作量，同時(shí)也增加了費(fèi)用，只有這樣才能達(dá)到

38、現(xiàn)場的設(shè)計(jì)要求.現(xiàn)場的總線現(xiàn)在還存在著一定的缺陷，所以在電廠中在大多數(shù)的監(jiān)視系統(tǒng)和外圍設(shè)備上應(yīng)用廣泛，原因就是外圍設(shè)備的缺陷和停運(yùn)不會(huì)對主業(yè)生產(chǎn)造成影響，同時(shí)總線用于外圍設(shè)備控制可以使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔明快。第2章 現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中的應(yīng)用2。1 電廠生產(chǎn)過程的控制特點(diǎn)電廠的生產(chǎn)包含了以下幾個(gè)主要工藝過程：燃料系統(tǒng)（煤炭和燃油/氣的運(yùn)輸及貯存）、熱力系統(tǒng)及鍋爐和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組（將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能、熱能將水變成蒸汽、蒸汽熱能在汽輪機(jī)中轉(zhuǎn)變成機(jī)械能、再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⒊龌蚁到y(tǒng)（燃燒物的固體廢棄物處理)、脫硫系統(tǒng)（大氣排放物的處理）、水處理系統(tǒng)（含凈水、鍋爐補(bǔ)給水、廢水、凝結(jié)水精處理、化學(xué)取

39、樣和加藥等)、發(fā)配電系統(tǒng)（含廠用電系統(tǒng)、升壓站等).由此可以看出，電力生產(chǎn)是一個(gè)極其復(fù)雜的工業(yè)過程，它涵蓋了工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化的內(nèi)容。在傳統(tǒng)的電廠控制系統(tǒng)模式中,主廠房區(qū)域熱力生產(chǎn)過程通常采用DCS作為主要的控制系統(tǒng)，其他輔助系統(tǒng)則采用以PLC為核心控制系統(tǒng).由于現(xiàn)場級設(shè)備主要采用傳統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量信號，生產(chǎn)過程的監(jiān)控只能到達(dá)I/O子系統(tǒng)。在近幾年的電力建設(shè)過程中,電力生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理引起了廣泛的重視，投入了大量的資金構(gòu)建輔助控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電廠實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)(SIS）和電廠信息管理系統(tǒng)（MIS）,而對于現(xiàn)場級的設(shè)備依然采用傳統(tǒng)的裝置和方式接入控制系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)。這對于以預(yù)測性設(shè)備維護(hù)

40、和設(shè)備管理為預(yù)期目標(biāo)的信息化建設(shè)，無疑是“無源之水"。因此解決電廠“信息盲區(qū)”的根本出路是應(yīng)用支持現(xiàn)場總線的智能現(xiàn)場設(shè)備。2。2 應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中存在的問題盡管現(xiàn)場總線技術(shù)具有一系列的特點(diǎn)和誘人的優(yōu)越性,盡管建設(shè)數(shù)字化和信息化電廠的呼聲越來越高,但在電力設(shè)計(jì)院和建設(shè)單位嘗試使用現(xiàn)場總線技術(shù)的工程屈指可數(shù)。主要的應(yīng)用障礙在一些文獻(xiàn)中已有分析，如：(1） 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)多，用戶選擇無所適從。（2) 支持現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的智能現(xiàn)場設(shè)備的規(guī)格和品種較少,支持總線標(biāo)準(zhǔn)的國產(chǎn)設(shè)備更少,尤其是針對電廠開發(fā)的智能設(shè)備，不能滿足電廠各專業(yè)的需要。（3） 支持現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的智能現(xiàn)場設(shè)備價(jià)格較高。盡管基

41、于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)軟硬件費(fèi)用與DCS相比持平或略高，但FCS對于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試直至運(yùn)行、維護(hù)的整個(gè)項(xiàng)目生命周期成本同DCS相比確實(shí)要低得多。而這種效益往往是投資方和建設(shè)單位在項(xiàng)目規(guī)劃階段可能不會(huì)引起足夠重視的問題。（4) 連接現(xiàn)場總線設(shè)備底層的網(wǎng)絡(luò)不支持冗余結(jié)構(gòu)。除以上這些應(yīng)用障礙之外，還有以下一些制約因素限制了現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用.(1） 現(xiàn)有電廠的基建模式.現(xiàn)在電廠控制設(shè)備的采購大多是由設(shè)計(jì)院編制設(shè)備規(guī)范書，由建設(shè)單位組織采購，也有一些設(shè)備由施工單位采購，還有的控制裝置由主機(jī)廠配套或分包。這種設(shè)備的采購方式難以保證按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)供貨。根據(jù)現(xiàn)在的實(shí)際情況，即使規(guī)范書

42、中的技術(shù)條件十分明確，往往現(xiàn)場到貨卻是另一回事。不同的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)是不兼容的，結(jié)果化了錢卻起不到效果。（2） 在設(shè)計(jì)院內(nèi)部，自動(dòng)控制涉及電氣專業(yè)、熱控專業(yè)甚至系統(tǒng)專業(yè)。這些專業(yè)分管的系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備各不相同。如在主廠房內(nèi),泵與風(fēng)機(jī)的開關(guān)站（SWITCHGEAR)和PC、MCC設(shè)備歸電氣管，電動(dòng)門MCC歸熱控管。成百個(gè)設(shè)備在設(shè)計(jì)和訂貨時(shí)要求電氣和熱控采用統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，難度可想而知.（3) 投資方、建設(shè)單位、施工單位甚至設(shè)計(jì)院的技術(shù)人員對現(xiàn)場總線技術(shù)缺乏深入的了解?，F(xiàn)場總線是一個(gè)新型控制系統(tǒng)，作為現(xiàn)場總線應(yīng)用的技術(shù)人員,尤其是設(shè)計(jì)院的熱控設(shè)計(jì)人員如果還停留在對DCS的認(rèn)識(shí)水平上是無法設(shè)計(jì)合理的

43、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),也不可能發(fā)揮現(xiàn)場總線的優(yōu)勢,甚至不能保證現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的正常工作。比如,現(xiàn)場總線FF和Profibus-PA支持總線供電,但對于掛接的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量和總線的通信距離均有限制，還要設(shè)置合適的終端裝置，因此必須熟悉掌握現(xiàn)場總線及智能設(shè)備的特性，才能保證總線設(shè)計(jì)的正確性.再如，只有FF總線協(xié)議支持建立控制策略的編程語言，也就是說，只有支持FF總線協(xié)議的智能設(shè)備如閥門定位器可以當(dāng)作調(diào)節(jié)器使用，在自身回路執(zhí)行PID功能，控制功能分散到現(xiàn)場設(shè)備，系統(tǒng)功能和故障更加分散，也進(jìn)一步降低了中央控制器的負(fù)載，改善了系統(tǒng)的性能,中央控制器的數(shù)量也相應(yīng)減少了。但Profibus技術(shù)沒有控制策略的編程

44、語言,也即支持ProfibusPA的現(xiàn)場設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)控制策略,控制必須由中央控制器完成。然而，支持Profibus的產(chǎn)品系列比FF要齊全、廣泛。這些特性都必須是在選擇現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)設(shè)計(jì)人員所必須要考慮的。（4) 設(shè)計(jì)觀念的限制。我們一直強(qiáng)調(diào)在電廠應(yīng)用的控制系統(tǒng)必須已有在2臺(tái)同類型機(jī)組3以上的成功應(yīng)用業(yè)績。需知現(xiàn)場總線技術(shù)已發(fā)展了十多年，支持現(xiàn)場總線技術(shù)的智能設(shè)備已經(jīng)基本成熟，且在石化等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用.由美國電力研究院主持編制的核電廠用戶要求文件UDR中已將現(xiàn)場總線作為核電廠控制系統(tǒng)的選項(xiàng)，這對我們在火力發(fā)電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)有所啟示。（5) 缺乏合理的設(shè)計(jì)周期。現(xiàn)在大多數(shù)電廠的工程設(shè)計(jì)周

45、期被大大壓縮，因此從設(shè)計(jì)院來講能按常規(guī)方案完成設(shè)計(jì)已經(jīng)是十分緊張。（6） 對于設(shè)計(jì)人員缺乏創(chuàng)新的機(jī)制和動(dòng)力。在工程中應(yīng)用新技術(shù)總會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn),這需要設(shè)計(jì)人員投入大量的精力進(jìn)行調(diào)研和方案論證，但現(xiàn)實(shí)往往是對應(yīng)用新技術(shù)的研究沒有額外的投入，尤其對新技術(shù)的成功應(yīng)用也并無特別的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制。2。3 電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的對策 盡管到目前為止市場和工程實(shí)踐中尚缺乏真正意義上的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)供電廠使用，但不代表我們在現(xiàn)場總線技術(shù)方面無所作為。只要我們認(rèn)清應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的真正目的,克服制約現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用障礙，我們就能讓現(xiàn)場總線技術(shù)為電廠自動(dòng)化和信息化發(fā)揮積極的貢獻(xiàn)。首先,我們必須在電廠自動(dòng)化和信

46、息化方案的規(guī)劃和設(shè)計(jì)過程中，避免陷入為現(xiàn)場總線而現(xiàn)場總線的誤區(qū)。應(yīng)將降低電廠生命周期成本和以合理的投資建設(shè)企業(yè)的信息化平臺(tái)和企業(yè)管理體系作為投資方、建設(shè)單位和設(shè)計(jì)院共同追求的目標(biāo)?；谶@樣的原則和指導(dǎo)思想，我們將會(huì)實(shí)事求是地研究現(xiàn)有控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)帶給我們的自動(dòng)化和信息化產(chǎn)品，構(gòu)建電廠監(jiān)控和信息管理系統(tǒng)。在電廠自動(dòng)化和信息化的規(guī)劃過程中，依然要結(jié)合電廠各工藝和生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，采用最合適的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和檢測、控制裝置.不應(yīng)強(qiáng)求在全廠統(tǒng)一應(yīng)用一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，全廠統(tǒng)一為一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)既無可能、也無必要。在監(jiān)控層和信息管理層，以太網(wǎng)和OPC協(xié)議、交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等工業(yè)IT技術(shù)已經(jīng)提供了不

47、同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)技術(shù)。不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)在工程使用的是FCS,還是DCS或PLC+現(xiàn)場總線,只要符合上述原則，就是最合適的控制系統(tǒng)。用FCS取代DCS和PLC系統(tǒng)的爭論也無實(shí)質(zhì)性意義。深入了解現(xiàn)有現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)之后，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，除了FF總線現(xiàn)場智能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)部分現(xiàn)場控制策略以外,邏輯控制還依賴于主站或中央控制器，其他總線系統(tǒng)均還采用中央控制器。雖然這些中央控制器可以小型化、現(xiàn)場化布置，但依然是需要集中運(yùn)算和處理（有些場合中央控制器可以省去I/O處理，控制器也需要冗余設(shè)置）。從現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上分析，依然類似DCS的結(jié)構(gòu)分層，只是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更開放.系統(tǒng)的集成方式在目前也不會(huì)有重大的改變，我

48、們似乎在近期不可能完全脫離主流DCS廠家的產(chǎn)品,完全由設(shè)計(jì)院或工程公司用市場主流或非主流DCS廠家的產(chǎn)品去集成電廠的控制系統(tǒng)。當(dāng)然在這個(gè)過程中,筆者不否認(rèn)，設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)深度上作出重大轉(zhuǎn)變之后,與主流DCS或其他型式的控制系統(tǒng)供應(yīng)商緊密合作，像石化行業(yè)的設(shè)計(jì)院一樣，承擔(dān)更大范圍的工作內(nèi)容和開展DCS或現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的深度設(shè)計(jì)。就如早期控制系統(tǒng)運(yùn)用組裝組件儀表的年代，設(shè)計(jì)院就承擔(dān)了整個(gè)電廠控制系統(tǒng)的配置和集成，只不過隨著DCS和PLC的應(yīng)用，設(shè)計(jì)院在這方面的能力已衰退殆盡.2.3。1 搞清利弊和投資估算投資方和建設(shè)方在使用現(xiàn)場總線技術(shù)方面起關(guān)鍵作用。沒有他們的支持，設(shè)計(jì)院所起的作用是有

49、限的.因?yàn)樯婕绊?xiàng)目的投資和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)院自動(dòng)化設(shè)計(jì)人員應(yīng)在現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用中起領(lǐng)先和推動(dòng)作用.但設(shè)計(jì)院應(yīng)對應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)作出透徹的技術(shù)分析報(bào)告，講清應(yīng)用現(xiàn)場總線的利弊和投資估算,提出切實(shí)的項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對方案。2.3。2 明確條件設(shè)計(jì)院在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)方面設(shè)計(jì)人員要有創(chuàng)新意識(shí)，管理層要為設(shè)計(jì)人員營造設(shè)計(jì)創(chuàng)新條件和環(huán)境.要解決熱控和電氣兩個(gè)專業(yè)在控制系統(tǒng)規(guī)劃上各自為政的現(xiàn)狀，要充分重視全廠自動(dòng)化和信息化方案的總體規(guī)劃，必要的時(shí)候?qū)蓚€(gè)專業(yè)的分工要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼?。在?yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)方面，一些電力設(shè)計(jì)院已進(jìn)行了有益的嘗試,并積累了寶貴的設(shè)計(jì)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，如山東萊城電廠、江陰夏港電廠、云南

50、宣威電廠、貴州納雍電廠、浙江寧海電廠、山東威海電廠等。在控制系統(tǒng)招標(biāo)書編制階段,要廣泛了解主流和非主流DCS產(chǎn)品支持現(xiàn)場總線的能力和解決方案，并組織有關(guān)專家進(jìn)行必要的論證。無論主機(jī)招標(biāo)、輔機(jī)招標(biāo)或輔助系統(tǒng)招標(biāo)以及DCS、PLC系統(tǒng)的招標(biāo)，必須把支持應(yīng)用現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品要求作為必要條件予以明確。2。3.3 努力使現(xiàn)場設(shè)備的總線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一投資方、建設(shè)單位對于設(shè)計(jì)院采用現(xiàn)場總線技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，須給予足夠的設(shè)計(jì)周期，并在技術(shù)方案論證和產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型方面給予必要的支持.在確定工程采用某種類型的總線標(biāo)準(zhǔn)后，設(shè)計(jì)院在總線產(chǎn)品方面應(yīng)有更多的自主權(quán)。因?yàn)榭偩€產(chǎn)品的選型需要供應(yīng)商更為詳細(xì)的設(shè)計(jì)配合，列入詳盡的規(guī)格和規(guī)范

51、以及參數(shù)和選項(xiàng),而不似現(xiàn)在只允許設(shè)計(jì)院開列檢測和控制裝置的工藝參數(shù)要求，而不開列具體型號和供應(yīng)商的做法。建設(shè)單位可以改變以往控制裝置由系統(tǒng)集成商配套的做法，各輔助系統(tǒng)采用的PLC可以確定合適的某兩種總線標(biāo)準(zhǔn)集中招標(biāo)采購，以利于現(xiàn)場設(shè)備的總線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。2。3。4 合理調(diào)整費(fèi)用由于現(xiàn)場總線不同于常規(guī)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)院自動(dòng)化專業(yè)的深度和難度均有所提高，因而相應(yīng)的設(shè)計(jì)費(fèi)用和設(shè)計(jì)定額也要作出合理的調(diào)整。2.3。5 提高業(yè)務(wù)與技術(shù)水平自動(dòng)化設(shè)計(jì)人員要努力提高自己的業(yè)務(wù)水平，要改變目前在常規(guī)DCS和PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的習(xí)慣做法，熟練掌握和應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品，這需要設(shè)計(jì)院各級領(lǐng)導(dǎo)尤其是部門領(lǐng)導(dǎo)重視和加強(qiáng)對設(shè)計(jì)人

52、員的技術(shù)培訓(xùn)。設(shè)計(jì)院現(xiàn)在幾乎不參與DCS或PLC系統(tǒng)施工圖階段的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與配置工作,只負(fù)責(zé)提供PID、初步的I/O清冊,最終完成DCS或PLC的外部接線圖.各設(shè)計(jì)院的深度與此可能有所不同，但總體上講沒有深入到DCS和PLC系統(tǒng)的內(nèi)部.這樣做的后果就是，設(shè)計(jì)院對全廠的控制策略掌握不透徹,系統(tǒng)組態(tài)方式和功能分布是否合理了解不深入。因此設(shè)計(jì)院對于系統(tǒng)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)配置、功能分配的發(fā)言權(quán)越來越弱。筆者以為，要扭轉(zhuǎn)這種局面，設(shè)計(jì)院應(yīng)抓住應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的機(jī)遇,加深設(shè)計(jì)深度.這種深度主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)內(nèi)容：PID圖、儀表位置布置圖、調(diào)節(jié)框圖和邏輯圖、設(shè)備規(guī)范和數(shù)據(jù)表、接線圖、電源配置圖等。當(dāng)采用FF現(xiàn)場總線時(shí)

53、，P&ID圖工作顯得尤其重要，現(xiàn)有的PID圖深度要提高,因?yàn)樵诓捎肍F現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的情況下，需要通過PID規(guī)劃系統(tǒng)和設(shè)備的控制策略。在P&ID圖的設(shè)計(jì)中,需引入?yún)^(qū)域設(shè)計(jì)的概念。為了達(dá)到調(diào)節(jié)功能和邏輯的可靠和完整，通常一個(gè)回路的所有I/O應(yīng)處于相同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可以有26個(gè)回路。采用PID應(yīng)確保所有與區(qū)域回路有關(guān)的點(diǎn)都在那個(gè)區(qū)域內(nèi)。不僅如此,還要學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)場總線的接線、布線技術(shù)和計(jì)算方法。因?yàn)楝F(xiàn)場總線的接線不同于常規(guī)DCS和PLC控制系統(tǒng)的接線?，F(xiàn)場總線區(qū)域設(shè)計(jì)將取代傳統(tǒng)的I/O分配連線。為了準(zhǔn)確估算現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)電纜的長度、規(guī)劃合理的網(wǎng)絡(luò)連接方式，避免現(xiàn)場信號的往返，影響系統(tǒng)

54、響應(yīng)速度和控制性能，需要依靠現(xiàn)場儀表和控制裝置的布置圖。儀表位置布置圖的作用是確定網(wǎng)絡(luò)主干和分支以及接線盒的位置,這才能保證總線安裝符合區(qū)域長度、分支長度和終端位置的要求，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線的成功安裝和工作。此外，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)存在三種拓樸結(jié)構(gòu)：總線帶分支結(jié)構(gòu)、樹型或分支或雞爪型結(jié)構(gòu)、雛菊鏈拓樸結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)適用的場合不同，要避免使用雛菊鏈拓樸結(jié)構(gòu),它似乎能降低電纜和安裝費(fèi)用，但對系統(tǒng)維護(hù)和可靠性極為不利。作為設(shè)計(jì)人員對此均要了解和掌握。電源配置具有類似的問題，不再贅述。文檔為個(gè)人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)文檔為個(gè)人收集整理，來源于網(wǎng)絡(luò)還必須意識(shí)到，現(xiàn)在許多的現(xiàn)場總線設(shè)備之間的連接已采用了接插件的方式,如果

55、設(shè)計(jì)院還抱著只做DCS機(jī)柜外部端子排接線圖的思維模式和工作態(tài)度，控制策略和邏輯圖的工作以及將預(yù)制電纜和連接推到集成商的工作范圍，那么當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)展到絕大部分系統(tǒng)設(shè)備之間的連接采用預(yù)制電纜和接插件模式的時(shí)候，設(shè)計(jì)院自動(dòng)化專業(yè)還有什么生存的手段？但如果我們今天迅速邁出一步，改變現(xiàn)今的設(shè)計(jì)思維,設(shè)計(jì)院還會(huì)面臨新的機(jī)遇。筆者以為在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,將來采用3D的網(wǎng)絡(luò)布線設(shè)計(jì)技術(shù)是設(shè)計(jì)院的一個(gè)優(yōu)勢，也是一般的控制系統(tǒng)集成商難以替代的角色.2.3.6 大家憂慮的現(xiàn)場總線的冗余問題如FF H1和Profibus-PA不支持冗余網(wǎng)絡(luò)，不應(yīng)制約現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用。我們在深入分析了電廠工藝流程的特性之后，

56、應(yīng)大膽在設(shè)計(jì)中采用現(xiàn)場總線技術(shù)。在工藝過程中雙路熱備或多路配置的設(shè)備和系統(tǒng)，即使總線短時(shí)間的中斷也不會(huì)影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因?yàn)橄到y(tǒng)本身已采取了冗余設(shè)置，而且像輸煤、化學(xué)水處理等系統(tǒng)，一般均設(shè)有中間的緩沖環(huán)節(jié)，如貯存水箱或煤斗等。因此，只要對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)合理規(guī)劃,就像在DCS I/O分配時(shí)不能將互為備用或冗余的點(diǎn)集中在同一卡件的原則一樣，現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)上掛結(jié)的現(xiàn)場設(shè)備也需避免同樣的問題。在萊城發(fā)電廠使用3UF5 SIMOCODDP時(shí)最初發(fā)生的問題就屬于這一類，據(jù)資料介紹最初的設(shè)計(jì)將數(shù)臺(tái)磨煤機(jī)、風(fēng)機(jī)的A/B潤滑油泵馬達(dá)的智能控制器掛結(jié)在同一根總線上，且采用的是雛菊鏈的連接方式。像這樣的設(shè)計(jì)，即使采

57、用冗余網(wǎng)絡(luò)，也不能解決設(shè)備檢修和可靠性的問題.這更有力地說明了設(shè)計(jì)院在使用現(xiàn)場總線時(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃的重要性,以及設(shè)計(jì)人員必須熟悉工藝系統(tǒng)和運(yùn)行方式的必要性。2.3.7 電廠現(xiàn)場總線的選擇前面已經(jīng)講述了不可能采用一種總線解決所有的工業(yè)控制和過程控制。電廠輔助系統(tǒng)如煤、灰、水系統(tǒng)本質(zhì)上屬工業(yè)自動(dòng)化的范疇，在這些領(lǐng)域如石化行業(yè)和制造業(yè)采用現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)均具有成熟的經(jīng)驗(yàn).且PLC在這些場合依舊發(fā)揮主要作用，因此選用支持ProfibusDP、ControlNet 等總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品均是合適的選項(xiàng)。筆者以為在輸煤出灰系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)最能體現(xiàn)其優(yōu)勢。在主廠房熱力系統(tǒng)的控制中,FF當(dāng)是最佳的選項(xiàng)，單回路控制分散到現(xiàn)場，就如早期的基地式調(diào)節(jié)器回路，但在性能方面已不可同日而言。但FF同Profibus相比，不足之處在于產(chǎn)品系列不全，給構(gòu)建完整統(tǒng)一的總線網(wǎng)絡(luò)造成困難.據(jù)最新的現(xiàn)場總線技術(shù)資料顯示,目前已有一些智能設(shè)備和控制系統(tǒng)的供應(yīng)商已開發(fā)了支持多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，這給現(xiàn)場級總線設(shè)備的選用帶來了方便.且支持現(xiàn)場多種總線標(biāo)準(zhǔn)的通訊模件也已問世，這樣可通過通