EEPW论坛

0 引言
按照国际电工委员会IEC／SC65C的定义，安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。以现场为基础形成的网络集成式全分布控制系统称为现场总线控制系统（FCS）。由于它适应了控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来了更大的实惠和方便。自其出现之日起就受到广泛关注，迅速成为世界范围内控制技术的热点，并促使目前生产的自动化仪表、PLC、DCS产品面临体系结构、功能等方面的重大改变，导致自动化产品又一次面临更新换代。自20世纪80年代中期提出现场总线概念以来，国外各大知名公司已相继开发了数十种现场总线产品，如FF、Profibus、WorldFIP、ControlNet、InterBus、P-net、SwiftNet、CAN等，并成功地应用在石油、汽车等不同的生产领域，取得了良好的经济效益，推动了控制技术的不断发展。
随着国家电力体制改革的深入，实行厂网分开、竞价上网的政策，电厂为提高经济效益，增强竞争力，需要进行生产经营的整体优化，把生产过程、企业管理、市场营销等各个环节组织为一个系统，从全局角度制定各功能层次的实施策略，实现一体化目标下的综合自动化。长期以来，困扰这一发展的主要问题是工业
自动化“信息孤岛”问题。现场总线的出现，彻底打破了这么多年来从未解决的格局，它为控制网络与以传输信息和资源共享为主的信息网络的连接提供了方便，为电厂构建管控一体化的综合自动化系统铺平了道路。
1 基于现场总线的电厂综合自动化系统构成
不同厂家的产品在系统构成上各有不同之处。电厂热工控制系统中所使用的仪表设备、连接方式和通信协议的不同，给系统的兼容性、可扩展性、稳定性、维护等带来了很大的困难。为了使现场总线具有开放性，便于用户选择不同的产品，我们按照国际电工委员会（IEC）制定的IEC61158国际标准，提出了基于现场总线的电厂综合自动化系统体系结构，如图1所示。

图1 基于现场总线的电厂综合自动化系统体系结构
从图1可以看出，此系统体系结构分为3层，从低到高分别为现场控制层、监控层和企业管理层。

1.1 现场控制层
现场控制层由现场设备和控制网络段组成。H1层网络是在FF现场总线的H1层基础上定义的低速现场级网络，低速总线H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树型拓扑结构，主要用于连接现场智能仪表，如压力、温度、液位、流量等变送器及其执行机构
等。H1采用IEC1158-2的数字式、位同步、曼彻斯特编码传输数据协议，通信速率为31.25kbps（电压式）。H1采用屏蔽电缆，网络结构采用线型或树型，或者两种组合型结构。与H1相连的现场智能仪表需要24V直流电源时，可通过屏蔽电缆线提供，也可单独提供。
1.2 监控层
监控层由高速以太网（H2总线）以及连接在总线上的担任监控作务的工作站或显示操作站组成。H2层网络属于现场总线的高速现场级网络，主要用于连接现场智能设备（PLC、远程I／O、电动门、变频器等）、操作员站、工程师站等设备，完成监控级的通信任务和比较复杂的控制策略。运行人员通过操作员站实现工
艺过程参数、状态的监视，实现对现场设备的控制。工程师站完成控制器、现场智能仪表／设备功能块编制和参数设定及修改等。
1.3 企业管理层
企业管理层由各种服务器和客户机组成。其主要目的是在分布式网络环境下集成企业的各种信息，实现与Internet的连接，完成管理、决策和商务应用的各种功能。首先要将监控层实时数据库中的信息转入上层的关系数据库中，这样管理层用户就能随时查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的远程监控。赋予一定的权限后，还可以在线修改各种设备参数和运行参数，从而在企业网范围内实现底层测控信息的实时传递。
2 在电厂应用中存在的问题
2.1 适应控制技术发展的需要
每当采用一种新的控制技术，人们都要经历一个思想转变过程。当年在电厂采用DCS时，对其可靠性、安全性、适宜性也表示过怀疑，也是经过相当长时间的试点应用才逐步消除了对DCS的不信任感。现在DCS已广泛、成功地应用在电厂控制领域中，并且还在不断改进、提高以适应不断发展的需要。现场总线的控制理念与DCS有很大的区别，很多已经习惯了采用看得见、摸得着的DCS控制器完成的PID等控制功能，现在改在现场智能仪表中完成，确实需要一个适应过程。
DCS已是一个非常成熟的技术，而现场总线还处在不断地应用、改进过程中，因此在现阶段要全面地用现场总线代替DCS也是不客观的。现场总线是对DCS控制功能的拓展、提高，是控制技术的发展方向，所以我们既不要盲目采用，也不要轻易拒绝，应积极、主动地了解现场总线技术，在合适的工程中试点应用，在实际运行中不断总结经验，并逐步完善以推广在电厂中的应用。
2.2 标准统一的问题
IEC61158国际标准不是唯一性的，而是8种现场总线标准的集合，这主要是为了保护每个现场总线制造商的利益。由于现在应用的现场总线产品基于不同的协议，所以其开放性并不能得到很好的体现，标准的不统一会影响现场总线技术的发展和推广应用。为了未来的市场，各制造商在不断地改进自己的产品，向国
际标准靠拢，如西门子公司先开发了Profibus-DP现场总线（相对于H2层），用于连接PLC、变频器等设备，为了市场的需要又开发了ProfiBus-PA现场总线（相对于H1层），主要与现场智能仪表相连。因此要想应用好现场总线技术，就要认真研究国际标准及各制造商的标准。