對(duì)分散控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程I／0應(yīng)用的再認(rèn)識(shí)

摘要：對(duì)分散控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程I／0應(yīng)用的再認(rèn)識(shí)資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量?jī)x生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。摘要：本文分析了DCS遠(yuǎn)程I／0在電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了在電廠推廣使用遠(yuǎn)程I／0的優(yōu)勢(shì)并提出了遠(yuǎn)程I／0的應(yīng)用范圍。對(duì)現(xiàn)插總線技術(shù)的發(fā)展、優(yōu)點(diǎn)及存在日題進(jìn)行了分析，展望了現(xiàn)。更多的流量計(jì)廠家選型號(hào)價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來電咨詢，下面是對(duì)分散控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程I／0應(yīng)用的再認(rèn)識(shí)文章詳情。

本文分析了DCS遠(yuǎn)程I／0在電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述了在電廠推廣使用遠(yuǎn)程I／0的優(yōu)勢(shì)并提出了遠(yuǎn)程I／0的應(yīng)用范圍。對(duì)現(xiàn)插總線技術(shù)的發(fā)展、優(yōu)點(diǎn)及存在日題進(jìn)行了分析，展望了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用前景。

分散控制系統(tǒng)zui顯著的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)控制功能分散，物理位置分散，進(jìn)行集中監(jiān)控。然而，自80年代中期DCS在我國(guó)300MW以上機(jī)組推廣應(yīng)用以來，人們往往只重視利用DCS控制功能分散這一特性，而對(duì)物理分散這一明顯可節(jié)省投資和縮短建設(shè)周期特點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用卻存在種種顧慮，因而未能充分發(fā)揮DCS所應(yīng)產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)效益。

1DCS布置狀況及遠(yuǎn)程I／O應(yīng)用現(xiàn)狀

從目前我國(guó)國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的300MW以上機(jī)組DCS布置情況來看，絕大部分電廠均把控制器處理單元和I／0機(jī)柜集中布置在控制樓的電子室內(nèi)，將操作員站布置在單元控制室內(nèi)，數(shù)據(jù)通訊高速公路把控制器處理單）c和操作員站連接起來，數(shù)據(jù)通訊電纜不出控制樓，所有I／0的現(xiàn)場(chǎng)電纜全部拉到位于電子室內(nèi)的集中I／0機(jī)柜。這樣做的好處是對(duì)DCS機(jī)柜防護(hù)等級(jí)要求相對(duì)較低，運(yùn)行、維護(hù)條件好，但控制樓面積大，電纜投資大。把控制器處理單元柜分散放到現(xiàn)場(chǎng)、用通訊電纜在全廠范圍內(nèi)連接各控制器處理單元機(jī)柜的做法，可節(jié)省大量電纜，但從機(jī)組安全性角度出發(fā)，人們認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)太大而不予考慮。因而將控制器處理單元機(jī)柜相對(duì)集中布置，采用遠(yuǎn)程I／O分散布置的方案則成為zui佳選擇。

應(yīng)用遠(yuǎn)程I／O進(jìn)行全廠監(jiān)控且具有實(shí)際運(yùn)行業(yè)績(jī)的電廠是浙江北侖電廠一期工程2X600MW機(jī)組。該廠在DAS、SCS、BMS中廣泛采用了遠(yuǎn)程I／O。近十年的使用經(jīng)驗(yàn)表明，遠(yuǎn)程的應(yīng)用是成功的，在節(jié)省電纜投資方面的效果也是顯著的。然而在隨后的二期工程中，分散控制系統(tǒng)只保留了循環(huán)水泵房的遠(yuǎn)程I／O，其余的主廠房?jī)?nèi)的遠(yuǎn)程I／O均取消了。其主要原因是，在一期工程建設(shè)過程中，因施工管理不當(dāng)，造成放在現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程I／O機(jī)柜進(jìn)水，損壞了一部分卡件，因此在確定二期工程設(shè)計(jì)原則時(shí)為避免類似事故的發(fā)生取消了分散布置在主廠房?jī)?nèi)的遠(yuǎn)程I／O。

另外，從現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)投產(chǎn)的其它機(jī)組情況看，除在DAS部分采用國(guó)產(chǎn)數(shù)采智能前端裝置如“893一網(wǎng)絡(luò)”遠(yuǎn)程智能I／O產(chǎn)品之外，尚沒有用遠(yuǎn)程I／O進(jìn)行全廠控制和監(jiān)視的應(yīng)用實(shí)例，其原因也大都是對(duì)遠(yuǎn)程I／O的安全性和可靠性存在顧慮。

在設(shè)計(jì)單位強(qiáng)調(diào)控制工程造價(jià)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的形勢(shì)下，在電力建設(shè)單位加強(qiáng)文明施工和管理的今天，我們有必要重新認(rèn)識(shí)DCS物理分散及應(yīng)用遠(yuǎn)程I／O的優(yōu)勢(shì)。

2采用遠(yuǎn)程I／O實(shí)現(xiàn)物理分散的方案

2．1遠(yuǎn)程I／O應(yīng)用范圍

根據(jù)遠(yuǎn)程I／O的應(yīng)用范圍可以有以下幾種方案供選擇：

方案一、在DAS、SCS、BMS、MCS四個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用遠(yuǎn)程I／O，

雖然MCS系統(tǒng)目前國(guó)內(nèi)尚無采用遠(yuǎn)程I/O的實(shí)例，但從遠(yuǎn)程I/O的安全性和可靠性來講應(yīng)完全適用于MCS，因此筆者認(rèn)為可以在工程中進(jìn)行試點(diǎn)。

當(dāng)設(shè)備和系統(tǒng)保護(hù)也采用DCS來實(shí)現(xiàn)時(shí)，考慮到設(shè)備和系統(tǒng)的安全性，涉及鍋爐、汽機(jī)設(shè)備保護(hù)的信號(hào)應(yīng)直接引入DCSI／O機(jī)柜（集中布置在電子室的I／O機(jī)柜）。

為減少備品備件品種數(shù)量、保持產(chǎn)品的一致性，此方案建議遠(yuǎn)程I／O盡可能采用同一DCS制造廠的產(chǎn)品。

方案二、僅在DAS、SCS、BMS三個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用遠(yuǎn)程I／O。

此方案已有成熟使用業(yè)績(jī)，如北侖電廠一期工程。設(shè)備和系統(tǒng)保護(hù)原則同方案一。

方案三、在DAS、SCS、BMS三個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用遠(yuǎn)程I／O，但DAS系統(tǒng)采用部分國(guó)產(chǎn)數(shù)采智能前端裝置。

為控制造價(jià)、節(jié)省設(shè)備投資并獲得zui佳性能價(jià)格比，根據(jù)電力規(guī)劃院1996年11月29日電規(guī)發(fā)（1996）214號(hào)文關(guān)于《單元機(jī)組分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)若干技術(shù)問題規(guī)定》中的要求，“鍋爐和汽機(jī)的金屬溫度；發(fā)電機(jī)的線圈、鐵芯、氫氣和冷卻水溫度；輔機(jī)軸承溫度等宜采用國(guó)內(nèi)有成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的遠(yuǎn)程I／O通道”，因此考慮在DAS系統(tǒng)部分采用國(guó)產(chǎn)數(shù)采智能前端裝置。

設(shè)備和系統(tǒng)保護(hù)原則同方案一。

方案四、僅在DAS中采用國(guó)產(chǎn)數(shù)采智能前端裝置，應(yīng)用范圍同方案三。其它系統(tǒng)仍采用集中式I／O。

比較上述四種方案，我們建議采用方案一或方案三、或這二者的組合。

在DCS選型時(shí)應(yīng)盡可能選用支持現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的產(chǎn)品，以便DCS能利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表進(jìn)行管理，如在線進(jìn)行參數(shù)整定、獲取在線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和診斷信息等，提高設(shè)備的可用性和可維護(hù)性。

MCS、SCS、BMS、DAS等系統(tǒng)的劃分不利于充分應(yīng)用遠(yuǎn)程I／O的資源。筆者認(rèn)為在充分考慮測(cè)點(diǎn)及設(shè)備冗余度的情況下，應(yīng)實(shí)現(xiàn)DCS資源共享，不必人為劃分系統(tǒng)，因此遠(yuǎn)程I／O也不需按系統(tǒng)設(shè)置。

2．2遠(yuǎn)程I／O物理分散布置方案

為了zui大限度地利用遠(yuǎn)程I／O物理分散的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮運(yùn)行和維護(hù)的環(huán)境條件，對(duì)汽機(jī)房和鍋爐房的遠(yuǎn)程I／O可采取不同的布置方式。汽機(jī)房由于條件較好，遠(yuǎn)程I／O可以根據(jù)機(jī)務(wù)設(shè)備的布置按區(qū)域相對(duì)集中的原則盡可能靠近測(cè)點(diǎn)布置。0米層、6米層、運(yùn)轉(zhuǎn)層均可布置，不需另設(shè)隔離間。鍋爐房因環(huán)境惡劣，應(yīng)盡可能利用分散的電氣設(shè)備間如MCC間來布置遠(yuǎn)程I／O機(jī)柜，不具備此條件的場(chǎng)合如露天條件下可設(shè)置一些小室以方便檢修等，但無需配置空調(diào)設(shè)備。

3采用遠(yuǎn)程I／O的優(yōu)點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)分析

3．1遠(yuǎn)程I／O的設(shè)計(jì)特點(diǎn)近幾年大多數(shù)DCS制造廠開發(fā)的遠(yuǎn)程I／O均著力于提高其智能化，以及適應(yīng)環(huán)境的能力。為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)環(huán)境，如：熱量、溫度、沖擊、振動(dòng)、射頻干擾、電磁干擾、水、灰塵、有害物質(zhì)等，DCS制造廠在遠(yuǎn)程I／O模件和機(jī)柜結(jié)構(gòu)上采用了特殊設(shè)計(jì)來防止或降低這些因素的影響。以下是一些遠(yuǎn)程I／O的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

1）機(jī)柜結(jié)構(gòu)采用全密封設(shè)計(jì)，機(jī)柜表面進(jìn)行防腐處理。

2）電子模件部分與接線單元分開、隔離。有些制造廠如FOXBORO甚至還將每塊模件進(jìn)行單獨(dú)封裝，不暴露電子線路。

3）I／O模件采用低功耗元件，獨(dú)特的散熱設(shè)計(jì)使得I／O機(jī)柜不需要放置在空調(diào)環(huán)境中。有些廠家的I／O機(jī)柜自帶空調(diào)裝置。

4）遠(yuǎn)程IlO采用串行通訊方式與控制器處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。串行總線的zui大特點(diǎn)是便于隔離，電氣上一般采用光電隔離或變壓器隔離技術(shù)。通訊標(biāo)準(zhǔn)采用RS--485或類似的串行總線。通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線、同軸電纜或光纜。根據(jù)需要，通訊電纜可冗余配置。通訊速率大于100Kbps，通訊距離超過1200M。

5）遠(yuǎn)程I／O產(chǎn)品智能化，可以實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換、冷端溫度字》償、工程單位變換、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、上下限報(bào)警、自檢、自校正、自診斷等功能，盡可能減輕控制器處理單元的負(fù)擔(dān)。

上述設(shè)計(jì)特點(diǎn)并不代表所有DCS廠家遠(yuǎn)程I／O產(chǎn)品所具有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但卻是一些基本的設(shè)計(jì)思路。

國(guó)產(chǎn)數(shù)采智能前端裝置由三部分組成：數(shù)采前端、網(wǎng)絡(luò)通訊總線和通訊適配器。

數(shù)采前端是完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理的裝置，一般具有凹個(gè)左右的通道。具有獨(dú)立的電源回路，能獨(dú)立工作?？梢詫?shí)現(xiàn)工程單位變換、越限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事件順序記錄、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?。采用低功耗芯片，散熱量低，采用金屬外殼密封，具有耐高溫、防水、防塵和抗干擾等特性，可靠近現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控點(diǎn)安裝。

網(wǎng)絡(luò)通訊總線將各數(shù)采前端并聯(lián)掛接在串行網(wǎng)絡(luò)總線上以數(shù)字方式與主機(jī)（PC機(jī)或工作站）進(jìn)行通訊。通常采用RS--485或類似的差分異步串行半gg-r_通訊總線作為網(wǎng)絡(luò)通訊總線。網(wǎng)絡(luò)通訊總線尚無冗余配置方式。與網(wǎng)絡(luò)相連的設(shè)備均進(jìn)行了嚴(yán)格的電氣隔離，使網(wǎng)絡(luò)處于電氣“浮空”狀態(tài)。

通訊適配器是實(shí)現(xiàn)PC機(jī)或工作站（或DCS的DPU）與網(wǎng)絡(luò)通訊總線相互耦合并完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理的接口裝置。

3．2采用遠(yuǎn)程I／O的優(yōu)點(diǎn)

遠(yuǎn)程I／O包括國(guó)產(chǎn)數(shù)采智能前端裝置與機(jī)柜式集中I／O相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1．節(jié)省電纜投資

遠(yuǎn)程I／O機(jī)柜可安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)測(cè)點(diǎn)附近，因而某一區(qū)域內(nèi)幾十點(diǎn)、數(shù)百點(diǎn)信號(hào)只通過一對(duì)或數(shù)對(duì)屏蔽雙絞線電纜、同軸電纜或光纜與分散控制處理單元或PC機(jī)通訊。這就意味著從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控點(diǎn)至遠(yuǎn)程I／0的電纜距離比至集中I／O機(jī)柜將大大減少。一臺(tái)300MW機(jī)組4500點(diǎn)（包括電氣量），如其中I／3采用遠(yuǎn)程I／O，按平均每點(diǎn)電纜節(jié)省80—100米估算（原電纜長(zhǎng)度按每點(diǎn)平均120米計(jì)算）將節(jié)省120-150公里電纜，約節(jié)省電纜X-27％。

2．節(jié)省電纜安裝費(fèi)用

采用集中I／O必須在現(xiàn)場(chǎng)和電子設(shè)備間敷設(shè)大量電纜才能把信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)引入到DCS。電纜敷設(shè)必須使用電纜橋架或電纜溝道。為減少干擾電纜橋架要分層設(shè)置，并接地或屏蔽。基建投資和安裝工程量都相當(dāng)大。300MW機(jī)組電纜橋架使用量達(dá)700噸，安裝工作量達(dá)4550工時(shí)。采用遠(yuǎn)程I／O之后，進(jìn)入控制樓的數(shù)百根信號(hào)電纜被幾根通訊電纜所取代，這樣，大量的電纜橋架即可被數(shù)根電纜導(dǎo)管所替代。初步估算，電纜橋架可省節(jié)20—25％。

3．節(jié)省控制樓電子室面積投資

由于控制樓電子室將主要放置控制器處理單元和部分集中式IlO機(jī)柜及汽機(jī)、鍋爐部分的成套控制裝置，電子室面積可大大減小。若將60％的IlO機(jī)柜放置到現(xiàn)場(chǎng)（遠(yuǎn)程I／O的使用范圍前面已有詳細(xì)討論），電子室面積將減少30-40％。電子室面積縮小后空調(diào)投資也會(huì)相應(yīng)下降。

4．系統(tǒng)可靠性提高

集中布置I／O機(jī)柜，由于必須經(jīng)較長(zhǎng)的電纜將信號(hào)引入DCS系統(tǒng)，因而也引進(jìn)了較大的干擾。如I／O模件為共地系統(tǒng)，則相互串?dāng)_的概率將成指數(shù)增加。采用遠(yuǎn)程I／O后實(shí)現(xiàn)信號(hào)就近處理，因信號(hào)引入電纜縮短，引人的干擾就小，因此與集中式布置相比，提高了DCS的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，減少了模件的損壞率。

遠(yuǎn)程I／O通訊網(wǎng)絡(luò)采用串行總線，網(wǎng)絡(luò)總線與設(shè)備之間均有嚴(yán)格的電氣隔離措施，因此即使某一設(shè)備因串人高壓而損壞，也不致影響網(wǎng)絡(luò)及其他設(shè)備的正常工作。而集中式I／0系統(tǒng)中，由于采用并行共地結(jié)構(gòu)，模件之間存在著電氣，一旦某個(gè)模件串人高壓或強(qiáng)干擾則會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

另外，遠(yuǎn)程I／O通訊總線采用電氣“浮空”方式工作，隔離程度高，通常不需要采用專門的接地。

4遠(yuǎn)程I／O的技術(shù)規(guī)范要求

4．1機(jī)柜防護(hù)等級(jí)

在封閉的汽機(jī)房和鍋爐房，遠(yuǎn)程I／O機(jī)柜的防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP54；露天放置的遠(yuǎn)程I／O機(jī)柜密封等級(jí)應(yīng)達(dá)到IP66，表面采用防腐涂層處理。

4．2I／O模件環(huán)境和性能要求

1）環(huán)境條件

工作溫度：0—60℃、

存放溫度：—40-+70℃

相對(duì)濕度：5—95％（無凝結(jié)）

2）性能要求

I／0通道隔離電壓：通道與地、通道與通道之間大于500VAC

共模抑制比：大于120db

串模抑制比：大于60db

5現(xiàn)場(chǎng)總線在電廠的應(yīng)用前景

5．1現(xiàn)場(chǎng)總線的提出

分散控制系統(tǒng)在工業(yè)過程控制中近凹年的實(shí)際應(yīng)用，其數(shù)字化控制的特點(diǎn)和優(yōu)越性越來越深刻地被人們所認(rèn)識(shí)，諸如測(cè)量和控制精度高、易于組態(tài)、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)方便等，但是現(xiàn)在的分散控制系統(tǒng)仍未構(gòu)成真正的全數(shù)字化控制系統(tǒng)。DCS的連續(xù)控制功能與現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制裝置之間的信號(hào)傳輸仍以模擬信號(hào)為主，即使目前的遠(yuǎn)程I／O分布式局域網(wǎng)與控制處理器單元之間采用了數(shù)字通訊，遠(yuǎn)程I／O與現(xiàn)場(chǎng)儀表仍保留模擬信號(hào)傳輸方式。HART協(xié)議是在模擬信號(hào)上疊加數(shù)字信息，也未脫離模擬信號(hào)。另外，目前的控制設(shè)備互換性、互操作性差；控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制裝置的管理水平低；控制規(guī)模越大、控制信號(hào)電纜用量越大、安裝維護(hù)費(fèi)用也越高，等等。

計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性革命，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能向生產(chǎn)過程的低層次滲透，于是出現(xiàn)了智能儀表和控制裝置，現(xiàn)場(chǎng)總線是控制系統(tǒng)中zui底層的通訊網(wǎng)絡(luò)，是直接與生產(chǎn)過程發(fā)生關(guān)系的局域網(wǎng)絡(luò)，它連接設(shè)置在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表及控制設(shè)備與設(shè)置在控制室內(nèi)控制設(shè)備，是全數(shù)字化、串行、雙向、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）是由諸多現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備通過互聯(lián)并與控制室內(nèi)主控系統(tǒng)和人機(jī)界面所組成的系統(tǒng)，這是一個(gè)真正的全分散、全數(shù)字化、全開放和可互換及互操作的新型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。

5．2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的控制系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備等組成。

由于目前現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品品種繁多且都未真正形成規(guī)模生產(chǎn)。因此我們?cè)诖松袩o必要來討論哪種現(xiàn)場(chǎng)總線更優(yōu)越、更具發(fā)展前途。我們想從現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路來探討其在電廠應(yīng)用的可能性和現(xiàn)實(shí)性。同時(shí)由于基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（DV）產(chǎn)品在過程控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，因此我們就以FF作為討論的基礎(chǔ)。

FF現(xiàn)場(chǎng)總線是一種實(shí)用技術(shù)，是一種用于智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)的通信技術(shù)。它使數(shù)字信號(hào)取代4-20mA成為可能；使現(xiàn)場(chǎng)的管理與控制的統(tǒng)一成為可能；使一些基本控制過程在現(xiàn)場(chǎng)完成成為可能；使設(shè)備增加非控制信息成為可能。

現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備主要包括傳感器、變送器、執(zhí)行器以及其他現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元等的智能化，能夠?qū)に囋O(shè)備信號(hào)進(jìn)行智能處理，包括A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度自動(dòng)補(bǔ)償、線性或非線性變換、還具有PID調(diào)節(jié)、閥位補(bǔ)償?shù)裙δ?，并具有符合FF標(biāo)準(zhǔn)的通信接口能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備之間以及與現(xiàn)場(chǎng)主控系統(tǒng)之間的信息交換，使對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行管理成為可能。

FF現(xiàn)場(chǎng)總線分為H1低速總線和H2高速總線。PF現(xiàn)場(chǎng)總線通信介質(zhì)采用屏蔽雙絞線、非雙絞多芯電纜或光纜。

H1低速總線網(wǎng)絡(luò)適用于儀表和執(zhí)行器間的通信，每段連接32個(gè)設(shè)備（使用中繼器可達(dá)240個(gè)），傳輸速率為31．25Kbps，通訊距離為1900米，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型或樹型。H1低速總線標(biāo)準(zhǔn)已通過審查。H1的優(yōu)點(diǎn)是可以通過一對(duì)雙絞線實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸和供電，且具有本安特性。H2高速總線網(wǎng)絡(luò)適用于多個(gè)儀表、執(zhí)行器信息集中后與上位計(jì)算機(jī)通信，接受主控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。H2總線可集成多達(dá)32條H1現(xiàn)場(chǎng)總線，H2傳輸速率zui大為1-2．5Mbp，通訊距離為500-750米，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，可冗余配置。

H2總線標(biāo)準(zhǔn)到目前為止還未統(tǒng)一。

5．3現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)越性

1）真正的分散控制、集中管理

DCS從功能和結(jié)構(gòu)上看都不是真正的分散控制。從功能上講，它把控制功能分散到控制器處理單元中的控制卡件上，每個(gè)控制卡上又可控制多個(gè)回路。從物理位置上講，控制器處理單元一般都集中安裝在電子室內(nèi)，即使使用了遠(yuǎn)程智能I／O把采集信號(hào)的地點(diǎn)靠近了現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，但I(xiàn)／O還是相對(duì)集中的。FCS與此不同，它采用的是一個(gè)完全分散的控制方式，它把控制部分全部分散到現(xiàn)場(chǎng)，每個(gè)控制回路完全由分散安裝的現(xiàn)場(chǎng)儀表來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，復(fù)雜控制策略還需要上一級(jí)的控制器來完成。同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備的智能化，F(xiàn)CS允許在控制室通過人機(jī)界面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備進(jìn)行操作、調(diào)整和診斷以及對(duì)信息進(jìn)行集中管理。設(shè)備管理軟件能提供故障信息外，還能給出預(yù)防性維護(hù)所需要的信息并可以幫助用戶進(jìn)行分析，在事故發(fā)生之前及時(shí)確定潛在的事故地點(diǎn)，而無需操作人員親臨現(xiàn)場(chǎng)檢查故障，提高了系統(tǒng)的可控性和維護(hù)性。

2全數(shù)字化通信，系統(tǒng)可靠、精度高

在觀場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，從變送器的傳感器到調(diào)節(jié)閥等，信號(hào)一直保持?jǐn)?shù)字特性，因而FCS是一個(gè)純數(shù)字系統(tǒng)。用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，因數(shù)字信號(hào)電平較高，一般的噪聲干擾難以扭曲FCS系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)。同時(shí)數(shù)字通信的檢錯(cuò)功能可以檢測(cè)出數(shù)字信粵在傳輸中出現(xiàn)的誤碼。所以，全數(shù)字化通信精度高、抗干擾能力強(qiáng)，使過程控制的準(zhǔn)確性和可靠性大大提高。

3投資省、建設(shè)周期短

在現(xiàn)場(chǎng)總線的一根雙絞線上，可以連接許多儀表和設(shè)備，與DCS相比，節(jié)省了大量I／O、電纜和橋架。同時(shí)由于控制功能分散到了現(xiàn)場(chǎng)儀表，所以控制樓電子設(shè)備間的控制設(shè)備將大大減少，控制樓面積也大大減少。安裝工作量小了，建設(shè)周期將大大縮短。

4系統(tǒng)開放、可互操作

不同廠家的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、可互換、可互操作將大量減少備品備件?？苫ゲ僮餍砸馕吨梢杂貌煌瑥S家的現(xiàn)場(chǎng)儀表去替換出現(xiàn)故障的另一廠家的現(xiàn)場(chǎng)儀表，更換后通訊及功能能恢復(fù)正?！，F(xiàn)場(chǎng)儀表的可互操作性主要是通過對(duì)功能模塊及其參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化來實(shí)現(xiàn)的。這就要求不同廠家對(duì)功能模塊的描述、參數(shù)設(shè)定及互聯(lián)方式必須是公開統(tǒng)一的，這也正是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)1V致力于制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的意義所在。

5系統(tǒng)易于組態(tài)、易于擴(kuò)展

由于現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊，不同廠家的設(shè)備均采用相同或相近的組態(tài)方法，因此不需要因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)儀表種類或廠家不同而重新學(xué)習(xí)和培訓(xùn)組態(tài)方法和編程語言。

系統(tǒng)需要擴(kuò)展時(shí)，可將新儀表連接在現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線上，不用增加任何組件，只需要通過現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)功能模塊和參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

6將導(dǎo)致熱控專業(yè)設(shè)計(jì)的一場(chǎng)革命

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將大大減輕圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作量，轉(zhuǎn)向無圖紙化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件的組態(tài)的過程也就是現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的物理連接過程，大量耗時(shí)的控制接線圖設(shè)計(jì)將不復(fù)存在。因此，設(shè)計(jì)院熱控專業(yè)設(shè)計(jì)方向必須作根本性調(diào)整，必須轉(zhuǎn)向應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，這是設(shè)計(jì)院熱控專業(yè)生存發(fā)展的*出路。熱控專業(yè)的人員和知識(shí)結(jié)構(gòu)必須也適應(yīng)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展要求作出根本性調(diào)整。

5．4現(xiàn)場(chǎng)總線在電廠應(yīng)用展望

1）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)目前應(yīng)用子電廠所面臨的問題

（1）H1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)完成，H2現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)正在開發(fā)中。從前面的討論我們知道，H1現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)目前沒有冗余配置，而每段H1總線上可連接32個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表，因此一旦H1總線發(fā)生故障其影響面是較大的。如果只連接少量的現(xiàn)場(chǎng)儀表則又喪失了現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。

（2）電廠的過程控制是多變量的對(duì)象控制，因此如何使用Hl現(xiàn)場(chǎng)總線并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)測(cè)的冗余度要求及復(fù)雜的控制策略還需要進(jìn)一步研究。

（3）現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品系列尚不完整，而沒有完整的產(chǎn)品系列的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品是沒有意義的。電廠有大量的開關(guān)量控制，但到目前為止尚未有開關(guān)量設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)；且大量的邏輯運(yùn)算不是單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表所能承擔(dān)的。

（4）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)缺乏成熟的工程使用經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線1997年制訂的市場(chǎng)目標(biāo)，1997年由多個(gè)供應(yīng)商提供基于U1標(biāo)準(zhǔn)的小的試驗(yàn)系統(tǒng)用于培訓(xùn)和技術(shù)確認(rèn)；1998年開始用于小型改造工程；1999年開始應(yīng)用于中到大型工程設(shè)計(jì)，將有更多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和軟件可供選用，It2標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

2）試點(diǎn)設(shè)想

電廠是涉及國(guó)計(jì)民生的重要生產(chǎn)部門，電廠的設(shè)計(jì)原則是成熟、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。從現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)來看，它并非針對(duì)電廠的應(yīng)用場(chǎng)合來開發(fā)的，因此，在電廠應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)技術(shù)上尚不成熟，需要逐步試點(diǎn)。

要想在電廠發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，必須解決上面提到的一些問題。我們相信只有積極應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)才能有效推動(dòng)這些問題的解決。

方案一、與DCS集合使用，在DAS部分采用H1現(xiàn)場(chǎng)總線連接智能變送器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；在MCS部分利用H1現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)智能控制器、執(zhí)行器取代部分單回路控制系統(tǒng)。

方案二、與PLC集合使用，利用H1現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)智能變送器、分析儀表、執(zhí)行器等實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助系統(tǒng)如水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制。

6結(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在電廠的全面推廣使用還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段路要走，而DCS遠(yuǎn)程I／O在技術(shù)上已經(jīng)成熟且有成功的應(yīng)用實(shí)績(jī)，因此目前在電廠中大力推廣使用遠(yuǎn)程I／O是控制工程造價(jià)和發(fā)揮分散控制系統(tǒng)zui大功效的zui佳途徑。

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