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摘 要：本文对智能电厂现场总线的选取、现场总线技术优点及目前国内应用状况进行了分析。通过比较后得出：从设备投资角度考虑，采用现场总线之后，整个机组控制系统的投资费用较采用常规DCS有所增加。从调试角度来说，采用现场总线之后，增加了设备调试的难度和复杂度。综合考虑到控制机柜数量、电缆、桥架减少以及双绞线接线节省的现场安装施工工程量，节约电子设备室面积以及土建费用等，采用现场总线技术后，工程投资费用变化不大，与常规方案基本相当。而且，随着现场总线设备的技术进步及更为广泛的应用，总线设备、控制系统设备的费用将进一步降低。且工程中应用现场总线技术的范围越广（现场总线型设备数量越多），综合统计设备采购、安装、调试等费用，投资的经济效益越明显。同时应用现场总线技术将带来全厂管控数字化和全生命周期的设计、安装、调试、运行维护成本节约等有利因素。
关键词：智能电厂;FCS系统;DCS系统
随上世纪80年代末期开始发展起来的现场总线技术和产品，以及由此组成的控制系统-现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System），引发了自动控制领域的革命。开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表是FCS的主要特征，它将使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃，同时可降低施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。现场总线控制技术作为一种新兴技术，近期已广泛成功地应用在石化、化工、冶金、医药、市政工程、楼宇、建材等多个行业。
与其形成对照的是，现场总线技术在电厂过程控制中的实质性实施却始终不多，究其原因主要有以下几点：（1）从2002年下半年开始，电力供应缺口导致大量电厂项目大干快上，项目业主及工程设计人员的主要精力放在如何在最短时间内完成项目设计和建设任务，常规技术方案自然成为首选;（2）工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限于节省电缆、功能分散、设备信息数字化，缺乏应用的积极性;（3）电厂过程控制回路具有相关度高、控制功能复杂、安全性和稳定性要求高等特点，要求对现场总线技术的切实掌握和实践验证;（4）现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高，总线型设备的选择范围还相对较小，也在一定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程控制中的大量应用。
1、现场总线的选取
目前国际上有众多种类的现场总线，但没有一种现场总线能覆盖所有的应用面，各行业应用须根据各自的控制特点选择适用的现场总线标准。这些年来，通过现场总线在不同行业中的逐步深入应用，专业技术人员对各种总线标准应用场合的认识日益清晰。比较一致的结论是：对属于过程控制领域的电站自动化控制应用来说，PROFIBUS和FF总线比较适合。两种总线标准相比而言，FF较适用于连续量控制（取代4～20mA模拟量），而PROFIBUS不仅适合离散量控制，而且也适用于连续量控制。
2、现场总线技术优点
2.1节约成本
采用现场总线后，控制系统的电缆、端子、电缆槽、桥架的用量减少，接线及查线的工作量减少。当需要增加（现场总线）设备时，可就近连接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少安装（特别是电缆敷设）的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30%以上。另外，现场总线变送器和阀门定位器在安装前无需进行单表的校验调试，安装后只需在DCS的资源管理器中检查现场总线设备的参数就能确认现场总线设备是否正常，阀门的行程可在DCS中做回路调试时再进行检查，节省了调试时间和调试费用。
现场总线在初期和现在以及将来都能带来大幅度的成本节约。初期的成本节约表现在基本持平的购买成本和较低的安装费用;而长期的成本节约则包括因有了网络化的设备管理所带来的较低的维护及运行成本，还有较低的扩建及改造费用。
另外，由于现场总线设备具有更多的故障自诊断能力，并通过数字通信方式将诊断维护信息送往DCS，管理人员通过DCS的资产管理系统查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻查故障，以便早期分析故障原因并快速排除，仪表设备状况始终处于维护人员的远程监控之中。与此同时，根据资产管理系统提供的信息准确地制定大修或抢修的作业计划和备件储备，不必进行总线设备的周期性轮流解体检修，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期成本。
因此，应用现场总线所产生的节省费用，是对控制系统从设计到建设、运行、维护、发展的整个生命周期来计算的。
2.2开放性、互操作性与互换性
现场总线设备根据标准要求提供了电子设备描述语言（Electronic Device Description Language， EDDL）。EDDL为对象设备提供一个不依赖某种软件平台的描述文件，使控制系统能够理解设备中数据的意义。当产品符合相应的标准和規范，并通过为验证是否遵守这些标准而做的测试后，即可实现该产品与其它符合同样标准的产品之间的互操作功能。互操作性能使来自不同制造厂商的设备在集成时更加方便易用。
2.3现场总线设备的全数字化、智能化
现场总线设备将微处理器置入现场测量仪表和控制设备中，使其具有数字计算和数字通信能力。数字信号使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传输误差，提高系统的可靠性。传感测量、补偿计算、工程量处理与基本控制等功能可在现场总线设备中完成。
如FF现场总线的压力和差压变送器，当测量量程不超过该传感器的最大量程范围，则在变送器的AI模块中通过设定XD-SCALE和OUT-SCALE参数就可以修改和设置该变送器的测量量程，无需像4～20mA传统变送器那样用标准的信号发生器来改变和校验变送器的量程。FF现场设备还能完成控制的基本功能。
3、现场总线技术国内应用状况
华能玉环电厂（4×1000MW）在除盐水系统、废水系统中采用PROFIBUS现场总线技术，已成功投运多年。
广东南海石油化工汽电联产工程中的汽电联产项目，除安全保护系统外，其余的压力、差压、温度变送器及执行器均采用FF现场总线。控制系统采用横河CS3000控制系统，现场总线范围包括余热锅炉，汽轮机，燃油锅炉。
已运行的目前世界最大的现场总线应用工程——上海赛科90万乙烯联合石化项目。整个系统监控范围包括90万吨/年乙烯装置等9套生产装置及公用辅助设施。其中系统总位号168000个、现场总线设备10631台、现场总线网段2473条、工作站为164个。全厂设一个中央控制室，所有生产装置的操作控制和生产管理全部集中。
4、结束语
虽然采用现场总线技术在控制设备的投资上有所增加，并且现场总线技术的应用会有这样那样的困难，如总线设备维护施工要求高、对施工人员素质要求较高、由各种因素引起的故障较多且不易排查、需要业主联合调试单位、DCS供货商一起推动整个调试工作等。但是，推广应用现场总线系统，实现现场设备级的数字化是实现现代智能电厂的关键一步。只要能克服以上提到的这些困难，现场总线方案的推广对合理控制工程造价、全面提升电厂自动化水平无疑有着重要的意义。
参考文献：
[1] 郭培志，王震，Profibus-DP现场总线控制系统应用案例[J].化工自动化及仪表，2019，46（8）：674-677.
[2] 陆杰锋，徐燕娟，基于现场总线冗余技术的DCS控制系统设计探析[J].科技创新与应用，2019，0（25）：101-102.
[3] 肖胜，三种现场总线控制系统在火电厂组态应用的比较与分析[J].自动化技术与应用，2018，37（11）：130-132.
（中国联合工程有限公司 浙江杭州 310052）
关键词：智能电厂;FCS系统;DCS系统
随上世纪80年代末期开始发展起来的现场总线技术和产品，以及由此组成的控制系统-现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System），引发了自动控制领域的革命。开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表是FCS的主要特征，它将使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃，同时可降低施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。现场总线控制技术作为一种新兴技术，近期已广泛成功地应用在石化、化工、冶金、医药、市政工程、楼宇、建材等多个行业。
与其形成对照的是，现场总线技术在电厂过程控制中的实质性实施却始终不多，究其原因主要有以下几点：（1）从2002年下半年开始，电力供应缺口导致大量电厂项目大干快上，项目业主及工程设计人员的主要精力放在如何在最短时间内完成项目设计和建设任务，常规技术方案自然成为首选;（2）工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限于节省电缆、功能分散、设备信息数字化，缺乏应用的积极性;（3）电厂过程控制回路具有相关度高、控制功能复杂、安全性和稳定性要求高等特点，要求对现场总线技术的切实掌握和实践验证;（4）现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高，总线型设备的选择范围还相对较小，也在一定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程控制中的大量应用。
1、现场总线的选取
目前国际上有众多种类的现场总线，但没有一种现场总线能覆盖所有的应用面，各行业应用须根据各自的控制特点选择适用的现场总线标准。这些年来，通过现场总线在不同行业中的逐步深入应用，专业技术人员对各种总线标准应用场合的认识日益清晰。比较一致的结论是：对属于过程控制领域的电站自动化控制应用来说，PROFIBUS和FF总线比较适合。两种总线标准相比而言，FF较适用于连续量控制（取代4～20mA模拟量），而PROFIBUS不仅适合离散量控制，而且也适用于连续量控制。
2、现场总线技术优点
2.1节约成本
采用现场总线后，控制系统的电缆、端子、电缆槽、桥架的用量减少，接线及查线的工作量减少。当需要增加（现场总线）设备时，可就近连接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少安装（特别是电缆敷设）的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30%以上。另外，现场总线变送器和阀门定位器在安装前无需进行单表的校验调试，安装后只需在DCS的资源管理器中检查现场总线设备的参数就能确认现场总线设备是否正常，阀门的行程可在DCS中做回路调试时再进行检查，节省了调试时间和调试费用。
现场总线在初期和现在以及将来都能带来大幅度的成本节约。初期的成本节约表现在基本持平的购买成本和较低的安装费用;而长期的成本节约则包括因有了网络化的设备管理所带来的较低的维护及运行成本，还有较低的扩建及改造费用。
另外，由于现场总线设备具有更多的故障自诊断能力，并通过数字通信方式将诊断维护信息送往DCS，管理人员通过DCS的资产管理系统查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻查故障，以便早期分析故障原因并快速排除，仪表设备状况始终处于维护人员的远程监控之中。与此同时，根据资产管理系统提供的信息准确地制定大修或抢修的作业计划和备件储备，不必进行总线设备的周期性轮流解体检修，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期成本。
因此，应用现场总线所产生的节省费用，是对控制系统从设计到建设、运行、维护、发展的整个生命周期来计算的。
2.2开放性、互操作性与互换性
现场总线设备根据标准要求提供了电子设备描述语言（Electronic Device Description Language， EDDL）。EDDL为对象设备提供一个不依赖某种软件平台的描述文件，使控制系统能够理解设备中数据的意义。当产品符合相应的标准和規范，并通过为验证是否遵守这些标准而做的测试后，即可实现该产品与其它符合同样标准的产品之间的互操作功能。互操作性能使来自不同制造厂商的设备在集成时更加方便易用。
2.3现场总线设备的全数字化、智能化
现场总线设备将微处理器置入现场测量仪表和控制设备中，使其具有数字计算和数字通信能力。数字信号使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传输误差，提高系统的可靠性。传感测量、补偿计算、工程量处理与基本控制等功能可在现场总线设备中完成。
如FF现场总线的压力和差压变送器，当测量量程不超过该传感器的最大量程范围，则在变送器的AI模块中通过设定XD-SCALE和OUT-SCALE参数就可以修改和设置该变送器的测量量程，无需像4～20mA传统变送器那样用标准的信号发生器来改变和校验变送器的量程。FF现场设备还能完成控制的基本功能。
3、现场总线技术国内应用状况
华能玉环电厂（4×1000MW）在除盐水系统、废水系统中采用PROFIBUS现场总线技术，已成功投运多年。
广东南海石油化工汽电联产工程中的汽电联产项目，除安全保护系统外，其余的压力、差压、温度变送器及执行器均采用FF现场总线。控制系统采用横河CS3000控制系统，现场总线范围包括余热锅炉，汽轮机，燃油锅炉。
已运行的目前世界最大的现场总线应用工程——上海赛科90万乙烯联合石化项目。整个系统监控范围包括90万吨/年乙烯装置等9套生产装置及公用辅助设施。其中系统总位号168000个、现场总线设备10631台、现场总线网段2473条、工作站为164个。全厂设一个中央控制室，所有生产装置的操作控制和生产管理全部集中。
4、结束语
虽然采用现场总线技术在控制设备的投资上有所增加，并且现场总线技术的应用会有这样那样的困难，如总线设备维护施工要求高、对施工人员素质要求较高、由各种因素引起的故障较多且不易排查、需要业主联合调试单位、DCS供货商一起推动整个调试工作等。但是，推广应用现场总线系统，实现现场设备级的数字化是实现现代智能电厂的关键一步。只要能克服以上提到的这些困难，现场总线方案的推广对合理控制工程造价、全面提升电厂自动化水平无疑有着重要的意义。
参考文献：
[1] 郭培志，王震，Profibus-DP现场总线控制系统应用案例[J].化工自动化及仪表，2019，46（8）：674-677.
[2] 陆杰锋，徐燕娟，基于现场总线冗余技术的DCS控制系统设计探析[J].科技创新与应用，2019，0（25）：101-102.
[3] 肖胜，三种现场总线控制系统在火电厂组态应用的比较与分析[J].自动化技术与应用，2018，37（11）：130-132.
（中国联合工程有限公司 浙江杭州 310052）