摘 要：本文概述了現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)及現(xiàn)狀，描述了電廠生產(chǎn)過程的控制特性，詳細(xì)分析了現(xiàn)場總線應(yīng)用過程中存在的諸多問題，明確了在電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的目的，提出了在電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的對策和設(shè)想。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線　電廠生產(chǎn)過程　問題　電廠生命周期成本　對策 The Application Thought of Fieldbus Techniques in Power Plant Zhao-Rui Yang （East China Electric Power Design Institute , Shanghai 200063） Abstract: This article summarized the technical features and present application status of fieldbus techniques, described the control characters of the power plant processes, analyzed the various problems in detail during the application of fieldbus, expressed the expected target of using the fieldbus techniques, raised-out the countermeasures and presumption of applying the fieldbus techniques in the power plant. Key Words: Fieldbus, Power Plant Process, Problems, Life-cycle Costing, countermeasure 1． 前言 在電廠信息化的建設(shè)過程中，越來越多的專家、學(xué)者和電力工程設(shè)計(jì)人員意識到推動現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠應(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)在電廠的應(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？ 為了便于下面對這個(gè)問題的討論，盡管關(guān)于現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的涵義已反復(fù)在相關(guān)文獻(xiàn)中進(jìn)行了闡述，筆者依然覺得還是有必要先引用國際電工委員會IEC及專家對什么是現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作出的定義。 根據(jù)國際電工委員會IEC61158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)”?？梢哉f，現(xiàn)場設(shè)備級的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是電廠信息化管理的基礎(chǔ)。 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4～20 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。 現(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）通過了 8種類型的現(xiàn)場總線作為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)。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 P-Net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 Distributed 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。 在工廠自動化領(lǐng)域，離散邏輯控制處于主導(dǎo)地位，因?yàn)楣S自動化含有快速移動的機(jī)械，同較慢的過程自動化相比，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FMS應(yīng)用行規(guī)）、以及Interbus、ASI（AS-Interface）。 在過程自動化領(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, Profibus-PA、WorldFIP等。 3.　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，它涵蓋了工廠自動化和過程自動化的內(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)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。 4. 應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)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)。 除了上述這些應(yīng)用障礙之外，筆者以為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?，F(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)識水平上是無法設(shè)計(jì)合理的現(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語言，也即支持Profibus-PA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臺同類型機(jī)組3年以上的成功應(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?，F(xiàn)在大多數(shù)電廠的工程設(shè)計(jì)周期被大大壓縮，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)制和動力。在工程中應(yīng)用新技術(shù)總會有一定的風(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。 5．電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)目標(biāo)和對策 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化和信息化方案的規(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有重大的改變，我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。 以下有幾點(diǎn)想法提出來和大家討論： （１） 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） 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，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。 （３） 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。 （４） 由于現(xiàn)場總線不同于常規(guī)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)院自動化專業(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。 （５） 自動化設(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P&ID、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：P&ID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)，P&ID圖工作顯得尤其重要，現(xiàn)有的P&ID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P&ID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2～6個(gè)回路。采用P&ID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。現(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)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。 還必須意識到，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。 （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，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 SIMOCOD-DP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。 （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Profibus-DP、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，F(xiàn)F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，這樣可通過通訊接口模件將不同標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場級設(shè)備集成到一個(gè)DCS或PLC控制系統(tǒng)中。當(dāng)然，主廠房內(nèi)Profibus、WorldFIP也是較好的選項(xiàng)。德國尼德豪申電廠是迄今現(xiàn)場設(shè)備采用Profibus范圍最廣的一個(gè)實(shí)例，西門子公司將其作為推廣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的示范電廠，國內(nèi)許多建設(shè)單位和設(shè)計(jì)院在參觀回國后均將此電廠作為應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的參考；華能珞璜電廠二期工程除現(xiàn)場設(shè)備采用常規(guī)儀表和裝置外，整個(gè)控制系統(tǒng)均遵循WorldFIP總線協(xié)議。 需要說明的是，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，支持現(xiàn)場總線協(xié)議的遠(yuǎn)程I/O的應(yīng)用依然是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)和具有吸引力的設(shè)計(jì)方案。而我們在傳統(tǒng)DCS的設(shè)計(jì)中，遠(yuǎn)程I/O還遠(yuǎn)未發(fā)揮它應(yīng)有的作用，不能不說是一個(gè)遺憾。 （８） 對控制電廠SIS投資的一些不成熟的看法。工程建設(shè)不同于科研，最本質(zhì)的差異就是工程要講求投資效益比。筆者以為目前我國電力建設(shè)中，SIS的投資過于龐大，而其效益至今并未如設(shè)想的那樣發(fā)揮出來。據(jù)了解SIS所設(shè)想的一些先進(jìn)優(yōu)化控制、設(shè)備維護(hù)、壽命管理等功能模塊基本無驗(yàn)收規(guī)定、也無考核標(biāo)準(zhǔn)，可以說仍處于探索階段。一些項(xiàng)目的優(yōu)化控制功能已不列入SIS的范疇，或通過TCP/IP采用單獨(dú)的PC機(jī)接入控制系統(tǒng)。而在SIS系統(tǒng)的配置和規(guī)劃上，從交換機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)及接口機(jī)等幾乎保留了全部實(shí)時(shí)控制所要求的設(shè)置。一些通用的軟件和設(shè)備與MIS還存在重復(fù)配置的情況。須知IT產(chǎn)品升級換代的周期愈來愈短，如果在今天化大筆資金建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如果設(shè)想的軟件功能不能迅速發(fā)揮效益，幾年之后硬件設(shè)備就有可能過時(shí)或性能下降，那將造成極大的浪費(fèi)。在前面筆者已經(jīng)指出，現(xiàn)場設(shè)備級不實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，對于SIS設(shè)想的設(shè)備和系統(tǒng)的預(yù)測性維護(hù)和狀態(tài)檢修、設(shè)備管理功能是“無源之水”。在采用了現(xiàn)場總線之后，部分設(shè)備管理功能完全可以在控制系統(tǒng)自身內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然管理信息也可以傳遞到管理信息層。因此，在SIS未參與實(shí)時(shí)和優(yōu)化先進(jìn)控制方式下以及與機(jī)組控制系統(tǒng)未實(shí)施雙向通訊的情況下，目前SIS系統(tǒng)中心交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等采用的冗余配置均可以簡化，甚至可以在充分考慮和設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)后和MIS合網(wǎng)，這樣只需在MIS設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，即可達(dá)到管理層對過程數(shù)據(jù)的采集、處理和監(jiān)視的目的。從SIS部分節(jié)省下來的投資可以投入現(xiàn)場級智能設(shè)備的購置和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。 6．結(jié)論 合理規(guī)劃電廠的自動化和信息化架構(gòu)，降低工程造價(jià)、提高電廠自動化和信息管理水平，以實(shí)事求是和積極的科學(xué)態(tài)度應(yīng)對新技術(shù)帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)應(yīng)該是從事電廠自動化設(shè)計(jì)人員需具備的良好職業(yè)素質(zhì)和技術(shù)素養(yǎng)。現(xiàn)場總線技術(shù)已基本成熟，應(yīng)抓住當(dāng)前大好的電力建設(shè)機(jī)遇，認(rèn)真學(xué)習(xí)、努力掌握現(xiàn)場總線技術(shù)、積極穩(wěn)妥地解決工程應(yīng)用中存在的問題，投資方、建設(shè)方以及設(shè)計(jì)院均要轉(zhuǎn)變觀念，同設(shè)備供應(yīng)商一道推動現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用，享受新技術(shù)革命帶來的效益和成果。 作者簡歷： 趙瑞陽（1964-），男，PMP，江蘇江都人，高級工程師，華東電力設(shè)計(jì)院自動化處副處長,長期從事電廠熱工自動化設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn)： 1． Jonas Berge 過程控制現(xiàn)場總線－工程、運(yùn)行與維護(hù)　清華大學(xué)出版社 2003.7 2． 周　明　現(xiàn)場總線控制　中國電力出版社 2002.1 3． 現(xiàn)場總線基金會　信息集成開放性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)－FF現(xiàn)場總線技術(shù)總貌　2001.8 4． 李子連　現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠自動化系統(tǒng)的應(yīng)用意見　中國電力　2003年 5． 白　焰　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用動力與障礙　電廠自動化　2003年 6． 夏德海　應(yīng)用現(xiàn)場總線需注意的若干問題　電廠自動化　2003年 7． ABB　CONTROLIT 真正開放的工業(yè)控制系統(tǒng)　2003 8． 西門子 SIMATIC PCS 7 過程控制系統(tǒng)　2002年 9． 畢玉昕　3UF5 SIMOCODE-DP 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