现场总线技术是随着电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的发展而于80年代中期产生的,现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成,几乎涵盖了所有连续、离散工业领域,如过程自动化、制造加工自动化、楼半自动化、家庭自动化等等。它的出现和快速发展体现了控制领域对降低成本、提高可靠性、增强可维护性和提高数据采集的智能化的要求。随着市场需求的急剧增长和包括智能仪表在内的现场总线产品的大量出现,现场总线技术在工业控制领域将会扮演越来越重要的角色。
国内有少量的石化和化工装置采用了现场总线
控制系统(FCS),起到了小规模示范作用。在火电站部分装置中也具备采用FCS的条件,但实施起来就比较困难。首先,对电站设计来说是完全不同于DCS和
PLC,DCS和PLC是以I/O和处理器为核心的,而FCS是以智能化的现场仪表和设备为核心的;DCS和PLC的控制任务完全由处理器来完成,而FCS的控制任务基本上由现场仪表和设备来完成,因此,从设计的思路、方法等方面将有很大的变革,这对于须严格遵从设计规程的电力设计院来说,进行这种变革绝非易事。其次,FCS的应用对生产和管理具有很大的冲击性,如何利用FCS将火电站的生产和管理提高到一个新层次本身就是一项富有挑战意义的课题。所以,从设计到生产,从生产到管理,在尚未做好面对FCS的准备的情况下,将FCS引入火电站(即使是火电站的一部分)是比较困难的。
虽然作为一个完整的现场总线控制系统目前还难以迅速应用到火电站中,但作为这一技术的现场总线产品已在火电站中得到越来越多的应用。因为,这些现场总线产品符合了火电站追求高效可靠的目标。现场总线产品在火电站的应用采用的是集成的方式,包括现场总线与DCS的集成、现场总线与PLC的集成和现场总线与信息网络的集成。
DCS已广泛应用于火电站主设备的控制系统,现场总线的应用要借助于DCS。这样既丰富了DCS的功能,又推动了现场总线和FCS的发展。现场总线和DCS的集成有两种方式:现场总线与DCS的I/O总线集成;现场总线与DCS网络的集成。前者是现场仪表或现场设备通过现场总线与现场总线接口单元通信,现场总线接口单元再通过I/0总线与DCS处理器通信。后者是现场仪表或现场设备通过现场总线与现场总线服务器通信,现场总线服务器直接挂在DCS网络上。
PLC已广泛应用于火电站辅助设备的控制系统,现场总线的应用也要借助于PLC。现场总线中,象Contr01.Net、ProfiBus等本身就是PLC的主要供货商支持的,而且这些现场总线技术和产品已集成到PLC系统中,成为PLC系统中的一部分或者成为PLC系统的延伸部分。以ControlNet为例,ContmlNet最早由美国Rockwell Automation于1995年10月提出,它是一种高速、高确定性和可重复性的网络,特别适用于对时间有苛刻要求的复杂应用场合的信息传输。在火电站中应用十分广泛的PLC系统之一ControlLogix系统就是利用ContmlNet构筑分布式I/O网络系统的。作为PLC系统的延伸,ControlNet还被用作厂级控制网连接整个火电站的辅助系统,包括除灰除渣系统、输煤系统、水处理系统等,通过ControlNet可以实现全厂辅助系统的集中监控和数据共享。
现场总线在网络方面的特点使其与信息网络的集成变得十分自然。工业以太网便是一个典型例子。工业以太网虽不属于现场总线的12种国际标准,但随着其迅猛发展,工业以太网已成为事实上的工业标准。随着以太网的通信速率的不断提高和全双工交换式以太网的诞生,以太网的非确定性问题已经解决。目前火电站的厂级信息网络系统几乎都是采用以太网,通过工业以太网可实现现场总线与信息网络的集成。
目前在火电站中,压力变送器等仪表一般都选用智能型、支持HART通信协议的。但这些仪表并没有构成HART通信网络,HART通信仅用于通过手操器来对仪表进行设定。这一方面说明了火电站在智能仪表方面已经为现场总线技术的应用提供了一些条件,另一方面也说明了现场总线在火电站的应用确实具有一定的阻力,这种阻力主要的并不在于投资方面。