摘要：現場總線控制系統（FCS）是一種全開放、全數字、全分散的新型控制系統，其zui顯著的特點是設備級數字化。設備狀態信號傳輸至集控室不會造成成本和通訊負荷的增加，并使得設備故障檢修變為設備狀態維修。FCS具有投資少，設計、安裝、調試和運行維護工作量小，易于系統擴展等優點。
　　
　　一、現場總線技術
　　
　　根據電工委員會IECl158定義，安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線。目前現場總線還未形成統一的標準，應用較廣泛的現場總線主要有Profibus總線和基金會現場總線（FF）。
　　
　　（l）FCS突破了傳統的可編程邏輯控制器（PLC）、DCS信號"點對點"傳輸的束縛，通過FCS通訊傳輸除對實時性數據有一定限制外，對于非實時性的狀態、診斷、參數化的數據沒有限制。如對于Profibus總線的ProfibuS-DP支路，為了保證控制和過程測量數據的實時性，對循環周期數據通訊系統設置時限制輸入和輸出均在244個字節內，這對于絕大多數的DP設備是足夠的（如電動機控制模塊（SIMOCODE）的輸入、輸出各4個字節，已包含較多的狀態信息），而非循環周期數據通訊則根據設備的不同，能夠傳送幾十到二百多個字節，并且不影響系統的實時性。如SIMOCODE可組態20個字節的非循環周期數據采集。
　　
　　（2）FCS的應用將促進信息管理、設備管理、優化控制等軟件的發展。FCS建立了全面、實時的數據信息平臺，通過現場總線技術實現的雙向數據傳輸，在生產過程中獲得的過程信息量遠遠大于常規控制系統的狀態信息量，為實現狀態檢修、性能優化控制和管理奠定了更加可靠的數據基礎。
　　
　　（3）系統成本低。采用現場總線后，可節省大量傳統的I/0卡件、隔離器、控制柜、信號電纜及設備間連接電纜，降低了設備采購及安裝、調試費用。如1臺電動機控制，在傳統的PLC設計中有6個開關量和1個模擬量，需要7條電纜，采用SIMOCIDE-DP后，每一條DP支路上至少可以掛接10臺電動機控制和保護單元，則布線數量是傳統PLC布線數量的1/70。以1個電磁閥箱裝有2個雙電控、6個單電控的電磁閥計算，傳統PLC設計需要1O個DO及16個DI信號，采用DP遠程I/0和閥島后，l條DP支路按掛接4個電磁閥箱計算（實際可掛接8~10個），則布線數量只有傳統PLC布線數量的1/104。
　　
　　二、工程應用
　　
　　2.1控制系統組成
　　
　　廣東河源電廠水網控制系統（主要包括凈水站和工業廢水2個系統的控制）采用德國西門子公司的Profibus現場總線技術，設計了由人機界面、PLC、現場總線儀表、現場總線控制設備和驅動設備等組成的控制系統。建立了工業以太網、Profibus-DP、Profi-bus-PA完整的通訊網絡，集成了符合Profibus標準的不同公司的產品，實現互聯互操作。經工業以太網交換機接口接入水網控制系統后，再接入全廠輔助車間控制網，zui終可以實現在中央控制室進行控制。該系統配置見圖1。　　
　　2.2設計中應考慮的問題
　　
　　通過廣東河源電廠水網現場總線控制系統的設計和實施，有以下問題需要考慮。
　　
　　（1）就地設備的選型選用何種形式的總線應充分考慮支持現場總線協議的設備種類。上一直沒有將總線的標準統一，造成了儀表行業的開發成本高，種類少，可選擇面比較狹窄。進口品牌設備也只有一部分具有現場總線接口，國產設備則很少預留現場總線接口。由于缺少相應的實踐經驗，理論上可以接入現場總線系統的就地設備在實際接入過程中存在諸多問題。對此，廣東河源電廠現場總線實施中對所有就地設備選項均預先經過了試驗室檢驗，在設備安裝之前就解決了所有通訊匹配問題，保證了設備安裝就位后的順利調試。
　　
　　（2）網絡電纜的走向及橋架的設計采用現場總線后，電氣和熱工的控制電纜將大幅減少。由于現場總線的技術特點，必須根據現場設備的類型、安裝位置、支持何種總線接口、工藝系統的歸屬等，對通訊鏈路及通訊電纜的走向進行細致規劃，如測點位置的設計、通訊電纜的三維走向、通訊鏈路的長度、每鏈路掛接設備數量和種類。通訊速率是總線方式能否滿足工藝要求的重要指標。ProfibuS-PA總線的傳輸距離zui大為19OOm，傳輸介質為雙絞線。以冗余DP光環連接主站（即PLC）與各DP支路鏈路器從站作為系統主控通信網，速率可達12Mbit/s;DP支路鏈路器分布在現場，其連接DP咬路，DP支路的速率可達187.2kbit/s~1.5MbMs，用于連接DP現場儀表、設備和PA儀表，構成設備級通訊網。總線通訊速率和通訊電纜長度成反比（同一頻率），為了提高通訊速率，必須盡可能將通訊電纜長度縮短。通訊電纜長度又取決于每條總線掛接設備的數量和位序，掛接設備的位序和數量要滿足整個工藝流程的要求，并使通訊中斷后的工藝風險降到zui低。
　　
　　（3）龐大的現場設備信息的管理現場總線的顯著優勢是信息量巨大，可將單純輸入/輸出概念淡化，如每一只變送器都可以給出很多個傳統意義上的I/O信息:差壓變送器中傳送的信息既有介質差壓和流量，也有介質溫度以及變送器自身故障信息;SIMOCODE的信息更加豐富，其包括起動次數、電阻值、運行小時數及zui后一次過載值等。龐大的現場設備信息對運行狀態分析和設備壽命管理提供了很大幫助，在設計階段，應該確定設備信息的分級，如運行監控級、設備維護級等。
　　
　　（4）過程設備管理軟件的國產化利用過程設備管理軟件（PDM）可實現現場總線儀表和設備的實時信息管理和診斷。廣東河源電廠水網控制系統由國內系統成套單位自主開發的中文界面信息管理和診斷軟件，實現了自動周期采集、分析和歸納儀表、設備的診斷及狀態信息，并與上位機雙向通訊。開發了遠程參數設定和調整功能，以適應國內發電廠生產運行的需要。
　　
　　三、結語
　　
　　應用現場總線控制系統提高了現場設備級信息化水平，尤其在設備診斷和運行維護方面具有明顯優勢。與傳統控制系統相比，縮短了工期，節省了建設費用。廣東河源電廠水網控制系統現場總線控制系統的開發和應用，在國內處于水平，具有在發電廠輔助車間控制系統中推廣應用的廣闊前景，并為單元機組控制系統中應用現場總線控制技術積累了寶貴經驗。