【論文關(guān)鍵詞】:現(xiàn)場總線;控制系統(tǒng);冗余;電廠

【論文摘要】:文章主要討論了現(xiàn)場總線的特點，闡明了基于現(xiàn)場總線的電廠自動化系統(tǒng)構(gòu)成，著重強調(diào)了現(xiàn)場總線在電廠中應(yīng)用應(yīng)注意的問題。

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，提出了現(xiàn)場總線控制系統(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)的實例尚未見報道，還只是局部的試點。

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)。而衡量一個控制系統(tǒng)是否為真正的FCS有三個關(guān)鍵要點，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系統(tǒng)的效能體現(xiàn)。

因此現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種全計算機、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”。可以說，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)。

摘要:簡要介紹了現(xiàn)場總線系統(tǒng)在石化行業(yè)的重要地位，并結(jié)合實際對其進(jìn)行優(yōu)勢分析

關(guān)鍵詞:FCS控制系統(tǒng);結(jié)構(gòu)特點;優(yōu)勢分析;前景展望

“信息化帶動工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”是中國的國策?，F(xiàn)在石油和化工企業(yè)的信息化分為三層結(jié)構(gòu)：第一層以PCS(ProcessControlSystem，過程控制系統(tǒng))為代表的生產(chǎn)過程基礎(chǔ)自動化層，主要內(nèi)容包括先進(jìn)控制系統(tǒng)（DCS、FCS）、先進(jìn)控制軟件、軟測量技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫等。第二層以MES(ManufacturingExecutionSystem，制造執(zhí)行系統(tǒng))為代表的生產(chǎn)過程運行優(yōu)化層，主要內(nèi)容包括現(xiàn)金計劃與調(diào)度技術(shù)APS、生產(chǎn)實時跟蹤技術(shù)、動態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、物料平衡技術(shù)等。第三層以ERP(EnterpriseResourcePlanning，企業(yè)資源計劃)為代表的生產(chǎn)過程經(jīng)營優(yōu)化層，主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理ERP、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺等。三層結(jié)構(gòu)在功能劃分上雖有重疊，但各有側(cè)重。

目前中國石油內(nèi)部正在MES和ERP這兩層平臺推廣實施先進(jìn)的管理系統(tǒng)。PCS層雖然處于最底層，但是本層各種控制系統(tǒng)及技術(shù)應(yīng)用效果的好壞，直接關(guān)系到信息化進(jìn)程的快慢和應(yīng)用效果。在目前，DCS（集散控制系統(tǒng)）還是主流，國內(nèi)已有近800套應(yīng)用。但是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（fieldbuscontrolsystem）代表當(dāng)今控制技術(shù)和DCS的發(fā)展方向，并已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。人們對FCS有各種評論，既有對新技術(shù)的贊嘗，也有對現(xiàn)狀的困惑。盡管眾說紛紜，筆者將FCS結(jié)合本公司裝置實例，對其應(yīng)用發(fā)展，略表以下個人之見：

一、(FCS)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點

根據(jù)IEC/ISA定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡(luò)。它是用于過程自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備以及現(xiàn)場儀表的互連網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)的集成。它具有系統(tǒng)開放性；互可操作性和互用性；現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性等技術(shù)特點。FCS與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS）的結(jié)構(gòu)對比如圖所示

摘要：文中闡述了現(xiàn)場總線的主要產(chǎn)品及其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點，針對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)論述網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)協(xié)議FieldbusControlSystemConstituteandCharacteristic[Abstract]:Thispaperintroducingthefieldbusmostlymanufactureandcontrolsystemframeandcharacteristic，bedeadagainstmeshworktopologyframediscussmeshworktransmissionphysicsmediumandmeshworkagreeon。[KeyWords]:fieldbuscontrolsystemmeshworktopologymeshworkagreeon1.概述現(xiàn)場總線的技術(shù)基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是應(yīng)用于各種計算機控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場總線潛在著巨大的商機，世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財力來進(jìn)行開發(fā)研究。當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新，過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS（FieldbusControlSystem）系統(tǒng),已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字信號取代模擬信號，在3C（Computer計算機、Control控制、Commcenication通信）技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競爭，仍未形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前，在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是從八十年代中期發(fā)展起來的。經(jīng)歷了十幾年的時間，現(xiàn)場總線控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車、造紙、紡織、煙草、機械、石油化工、電力、樓宇自控等各個控制領(lǐng)域。現(xiàn)場總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，將逐步取代傳統(tǒng)的PLC點對點接線的控制方法。2.現(xiàn)場總線的主要產(chǎn)品連接于總線上的產(chǎn)品，可以分為有源和無源兩大類。2.1.有源產(chǎn)品有源產(chǎn)品可以產(chǎn)生通訊信號、響應(yīng)信號、調(diào)整信號或者兼而有之。有源產(chǎn)品包括以下部件：2.1.1節(jié)點（Node）；總線上可以編址的設(shè)備。2.1.2總線模塊(BusModulea)；任何形式的現(xiàn)場節(jié)點，可以使用端子或接插件連接傳感器、閥門、按鈕等各種現(xiàn)場裝置。

2.1.3網(wǎng)關(guān)（Gateway）；一種特殊的節(jié)點，用于兩面種不同的總線之間的信號和數(shù)據(jù)變換。

2.1.4放大器；一種用于實時（加強）信號，以精確復(fù)制原始信號。連接同一總線的兩部分，解決通訊信號在通訊線上由于電氣損耗而造成的衰減。當(dāng)信號變?nèi)醵蛔冃螘r可以使用放大器。

2.1.5中繼器（Repeater）；用于加強信號，產(chǎn)生不變形的新信號。連接同一總線的兩端，當(dāng)信號變?nèi)趸蜃冃螘r可以使用中繼器。

2.1.6.橋（Bgridge）；有兩類橋。一種是用于連接同一種協(xié)議，不同傳輸速度的兩個段。另一種是一種智能的中繼器，當(dāng)通訊的源地址和目的地址位于不同總線段時，用于重復(fù)兩個段間的數(shù)據(jù)。橋必須被編程設(shè)定地址和相關(guān)的段。當(dāng)橋讀地址時，要有幾個位的等待時間。橋可以應(yīng)用于設(shè)備級總線，但應(yīng)用并不普遍。

2.1.7路由器（Router）；用于廣域網(wǎng)的高等級橋。這類產(chǎn)品很少應(yīng)用于設(shè)備級總線。

摘要：現(xiàn)場總線（Fieldbus）是80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系……

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù)特點優(yōu)點

現(xiàn)場總線（Fieldbus）是80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、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，成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，并將導(dǎo)致自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國際上許多實力、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)?，F(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點:具有一定的時間確定性和較高的實時性要求,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點，現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。

一般把現(xiàn)場總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動信號控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4～20mA等電動模擬信號控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計算機集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場。可以說，開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場總線系統(tǒng)最顯著的特征。

現(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。其中有較強實力和影響的有:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。本文將在簡要描述現(xiàn)場總線技術(shù)特點的基礎(chǔ)，緊扣系統(tǒng)的可靠性、實用性等，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)及目前較為流行的幾種有實力的現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀，最后闡述現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢與技術(shù)展望。

一、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點

摘要：本文結(jié)合智能模塊化變電所自動化系統(tǒng)通訊方案的設(shè)計，討論了WorldFIP現(xiàn)場總線的性能及其在變電所自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：WorldFIP現(xiàn)場總線

1引言

微機化分散式變電所自動化系統(tǒng)所具有的自動化程度高、組態(tài)靈活、運行可靠、占地少、投資省、設(shè)計維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點已成為業(yè)內(nèi)的共識。在變電所自動化技術(shù)的發(fā)展中，除了單片機技術(shù)的發(fā)展，保護(hù)技術(shù)的成熟等因素外，現(xiàn)場總線技術(shù)的興起和普及起到了極為重要的作用。可以說以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字測量控制系統(tǒng)是21世紀(jì)自動化控制系統(tǒng)的主流，其中當(dāng)然也包括電力系統(tǒng)的變電所自動化系統(tǒng)。正是由于傳輸高效、通訊可靠、接口靈活的現(xiàn)場總線對傳統(tǒng)串行通訊方式(如RS232/RS485)的改進(jìn)，為信息繁雜、組態(tài)靈活、運行高速的分散式變電所自動化系統(tǒng)提供了通訊上的保證。同時，選擇不同的通訊方式、選擇不同的現(xiàn)場總線也相應(yīng)決定了整個變電所自動化系統(tǒng)的不同特點。

2通訊方式比較

目前，現(xiàn)場總線種類繁多，國際上各大集團(tuán)出于對現(xiàn)有市場利益的追逐，統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)遲遲不能出臺。2000年IEC1158國際標(biāo)準(zhǔn)中將FF的H1，F(xiàn)RHSE、Profibus,Interbus,P-net,Wordfip,ControlNet,Smift-Net等8種總線均列入國際標(biāo)準(zhǔn)，形成多種總線共同競爭的局面。

摘要：本文在介紹WorldFIP現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上，介紹了WorldFIP現(xiàn)場總線在RCS-9700變電站綜合自動化系統(tǒng)中典型應(yīng)用，并對一些技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞變電站綜合自動化現(xiàn)場總線WorldFIP

關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化現(xiàn)場總線WorldFIP

0引言

隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化水平不斷提高。大量智能設(shè)備的應(yīng)用，在實現(xiàn)變電站無人值守或少人值守的同時，也對變電站的通信系統(tǒng)提出了更高的要求，尋求一種高速、實時、可靠的通信方式，已成為變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展的核心問題之一。

現(xiàn)場總線是指在生產(chǎn)現(xiàn)場的測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信、完成測量控制任務(wù)的系統(tǒng)[1]，這種系統(tǒng)具有良好的開放性和設(shè)備間的互操作性，在變電站綜合自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。目前IEC國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線共有八種，本文介紹其中的WorldFIP現(xiàn)場總線技術(shù)及其在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1WorldFIP現(xiàn)場總線技術(shù)

摘要：中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》第26章《建筑物自動化系統(tǒng)（BAS）》所規(guī)定的模擬和數(shù)字混合的集散型系統(tǒng)（TDS），已面臨更新為全數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。就像工業(yè)自動化一樣，建筑物自動化市場在技術(shù)接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用會有幾年之久……

關(guān)鍵詞：建筑物自動化總線技術(shù)

中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》第26章《建筑物自動化系統(tǒng)（BAS）》所規(guī)定的模擬和數(shù)字混合的集散型系統(tǒng)（TDS），已面臨更新為全數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。就像工業(yè)自動化一樣，建筑物自動化市場在技術(shù)接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用會有幾年之久，因此，在商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功運用多年的個人計算機和以太網(wǎng)通信，現(xiàn)在卻成為BAS更新途徑的熱門話題。PC-BasedControl和以太網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)開始全面進(jìn)入BAS領(lǐng)域。2000年3月，Honewell公司推出的全數(shù)字化閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)DVM，就用PC-BasedVideoServer，類似于商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的個人計算機式視頻服務(wù)器，取代了傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字混合的CCTV閉路電視矩陣切換器和磁帶錄象設(shè)備；DVM系統(tǒng)中，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換接口把所有攝像機的視頻信號直接連入以太網(wǎng)通信，每20臺攝像機使用1臺VideoServer。這種第三代保安監(jiān)控電視的全數(shù)字化CCTV以太網(wǎng)系統(tǒng)，已經(jīng)在澳大利亞悉尼機場使用。

PC機技術(shù)日新月異的進(jìn)步，使BAS的中央站功能不斷增強；PC機的商業(yè)軟件，如ODBC、API等等，已成為BAS的標(biāo)準(zhǔn)軟件；基于PC機技術(shù)的分站不斷發(fā)展。信息領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)對工業(yè)自動化和建筑物自動化各個層面的影響，從上到下。BAS管理層的以太網(wǎng)正在下植到自動化層和更低的現(xiàn)場層。BAS三層結(jié)構(gòu)將會成為以太網(wǎng)"一網(wǎng)到底"的三層網(wǎng)絡(luò)。完成這項"通體透明網(wǎng)絡(luò)"革新的主要技術(shù)，就是以太網(wǎng)現(xiàn)場總線。以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，也可稱為以太網(wǎng)I/O（Input/Output），是控制技術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合，性能發(fā)揮到極致，它或許能夠解決工業(yè)自動化長期爭論不休的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化問題，是商業(yè)技術(shù)影響工控技術(shù)的一個范例。

以總線為脈絡(luò)，分析計算機總線、測控總線和網(wǎng)絡(luò)總線在BAS技術(shù)發(fā)展中分別擔(dān)綱的角色，可以加深對BAS未來發(fā)展的了解。

1、總線BUS

摘要：簡要介紹了樓宇自動化系統(tǒng)，分析了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)和新興的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)優(yōu)缺點以及應(yīng)用，并介紹了樓宇自控領(lǐng)域中流行的4種現(xiàn)場總線。說明了以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及在樓宇自控領(lǐng)域中的最新應(yīng)用情況，對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：樓宇自動化控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)以太網(wǎng)樓宇自動化系統(tǒng)

目前日益流行的智能建筑(InteUigentBuidings)是建筑技術(shù)與計算機信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是信息社會的需要，也是未來建筑發(fā)展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(tǒng)(BuidingAutomationsystem，縮寫為BAS)、通信自動化系統(tǒng)(CAS)和辦公自動化系統(tǒng)(OAS)三大系統(tǒng)組成。其中，樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑中最基本和最重要的組成部分。樓宇自動化系統(tǒng)是利用計算機及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)建的高度自動化的綜合管理和控制系統(tǒng)，將大樓內(nèi)部各種設(shè)備連接到一個控制網(wǎng)絡(luò)上，通過網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行綜合的控制，這些設(shè)備包括空調(diào)、照明設(shè)備、電梯、消防設(shè)備、安防設(shè)備等等。它確保建筑物內(nèi)的舒適和安全的辦公環(huán)境，同時實現(xiàn)高效節(jié)能的要求。

一、現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn)以及在樓宇自控中的應(yīng)用

上個世紀(jì)七八十年代，伴隨著計算機可靠性提高，價格大幅下降，出現(xiàn)了由多個計算機遞階構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem，簡稱DCS)。DCS是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統(tǒng)。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此它屬于一種模擬數(shù)字混合控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)較以前的各種控制系統(tǒng)有了較大的進(jìn)步。DCS在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，也開始應(yīng)用到樓宇自動化控制領(lǐng)域。但是DCS存在如下一些缺點：

(1)安裝費用高。采用一臺儀表、一對傳輸線的接線方式，導(dǎo)致接線龐雜、工程周期長、安裝費用高、維護(hù)困難；

1控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡(luò)化

工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一是控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡(luò)化，而現(xiàn)場總線的崛起正是這一發(fā)展趨勢的標(biāo)志。

1.1現(xiàn)場總線的崛起

半個多世紀(jì)以來，工業(yè)自動化領(lǐng)域的過程控制體系歷經(jīng)基地式儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)等4代過程控制系統(tǒng)，當(dāng)前我國水工業(yè)自動化的主流水平即處于以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)階段。這里要說明一點，DCS既是一個過程控制體系的名稱，有時也表示為由制造廠商出售的一個起完整作用而集成的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品，這種DCS系統(tǒng)相對較為封閉，而目前水工業(yè)自動化的DCS系統(tǒng)多數(shù)是由用戶集成的，因此相對較為開放。

與早期的一些控制系統(tǒng)相比，DCS系統(tǒng)在功能和性能上有了很大進(jìn)步，可以在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)裝置級、車間級的優(yōu)化和分散控制，但其仍然是一種模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，從現(xiàn)場到PLC或計算機之間的檢測、反饋與操作指令等信號傳遞，仍然依靠大量的一對一的布線來實現(xiàn)。這種信號傳遞關(guān)系稱之為信號傳輸，而不是數(shù)據(jù)通信，難以實現(xiàn)儀表之間的信息交換，因而呼喚著具備通信功能的、傳輸信號全數(shù)字化的儀表與系統(tǒng)的出現(xiàn)，從而由集散控制過渡到徹底的分散控制，正是在這種需求的驅(qū)動下，自20世紀(jì)80年代中期起，現(xiàn)場總線便應(yīng)運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、實時、雙向、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線技術(shù)將專用的CPU置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和通信能力，即所謂“智能化”；采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯(lián)系的紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的多個現(xiàn)場級測控儀表連接成網(wǎng)絡(luò)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，使現(xiàn)場測控儀表之間及其與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成多種適應(yīng)實際需要的控制系統(tǒng)，即所謂“網(wǎng)絡(luò)化”；由于這些網(wǎng)上的節(jié)點都是具備智能的可通信產(chǎn)品，因而它所需要的控制信息不采取向PLC或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，在現(xiàn)場就可進(jìn)行許多復(fù)雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。

摘要：本文基于目前流行的現(xiàn)場總線技術(shù)之一——Lonworks總線技術(shù)，給出了火電廠輸煤系統(tǒng)中工況參數(shù)監(jiān)測的總體框架，對模擬量、開關(guān)量智能節(jié)點給出一般性設(shè)計，形成以智能節(jié)點為單位的能實現(xiàn)控制、管理、監(jiān)測功能的火電廠輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場底層網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上最終實現(xiàn)與DCS（分散控制系統(tǒng)）的集成。

關(guān)鍵詞：Lonworks技術(shù)智能節(jié)點分散控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成

1、引言

1991年美國Echelon公司成功推出了lonworks網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，與當(dāng)前已有的幾種現(xiàn)場總線技術(shù)相比，lonworks總線以其特有的突出特點：統(tǒng)一性、開發(fā)性以及互操作性，成為實際上的現(xiàn)場總線推薦標(biāo)準(zhǔn)。Lonworks總線技術(shù)的核心是neuron（神經(jīng)元）芯片及其內(nèi)部固件lontalk協(xié)議，它既能管理通信，又具有輸入/輸出及控制能力。此外，Echelon公司還為網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)提供了強有力的開發(fā)工具，控制模板和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具等，可以很方便地組成智能節(jié)點，并將這些節(jié)點應(yīng)用于lonworks網(wǎng)絡(luò)中形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，該總線常被作為工業(yè)生產(chǎn)中檢測與控制中較為流行的總線之一。

輸煤系統(tǒng)是火電廠的重要組成部分，其安全可靠運行是保證電廠實現(xiàn)安全、高效不可缺少的環(huán)節(jié)。輸煤系統(tǒng)的工藝流程隨鍋爐容量、燃料品種、運輸方式的不同而差別較大，并且使用設(shè)備多，分布范圍廣。作為一種具有本安性且遠(yuǎn)距離傳輸能力強的分布式智能總線網(wǎng)絡(luò)，lonworks總線能將監(jiān)測點做到徹底的分散（在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可帶32000多個節(jié)點），提高了系統(tǒng)的可靠性，可以滿足輸煤系統(tǒng)監(jiān)控的要求?；痣姀S輸煤系統(tǒng)一般都采用順序控制和報警方式，為相對獨立的控制單元系統(tǒng)，系統(tǒng)配備了各種性能可靠的測量變送器。通過運用Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)將各種測量變送器的輸出信號接入對應(yīng)的智能節(jié)點組成多個檢測單元，然后掛接在Lonworks總線上，再通過Lonworks總線與已有的DCS系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了對輸煤系統(tǒng)更加有效便捷的監(jiān)控。

2、基于Lonworks總線火電廠輸煤系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)