火電廠現場總線系統的設計優點
加入技術交流群
2.3 現場總線對于電纜的要求
有許多種類型的電纜可以用于現場總線中，但一般推薦使用的是屏蔽雙絞線電纜，電纜的允許長度和電纜類型是有關系的，表1中列出的是IEC/ISA物理層標準中指定的電纜類型：
在各類電纜中，應優先選擇A類電纜，因為它的傳輸性能最好，允許的傳輸距離也最遠，因此在進行新項目設計時，一般應選擇這種類型的電纜。
其次應選擇B類電纜，這是一種多線對雙絞線電纜，而且是全屏蔽的，它的傳輸性能略差于A類電纜，主要用于多條現場總線共存于同一區域的情況。
C類和D類電纜的傳輸性能較差，一般不推薦使用。其中C類是不帶屏蔽的雙絞線電纜，D類是帶屏蔽的非雙絞線電纜。
雖然IEC有關文件對現場總線使用的電纜進行了規定，但遺憾的是目前還沒有一個權威機構對生產廠家所生產的現場總線電纜進行認證。
前面已經得到現場總線對于一個網段的電纜總長度是有要求的，表1中就列出了這種規定。
如果在同一個網段中使用了多種電纜，則可以使用下面的公式進行核算：
式中，L1，L2……Ln表示每種電纜的實際長度；
L1max,L2max……Lnmax表示每種電纜所允許的最大長度。
2.4 支線長度的限制
除了電纜總長度對支線度度有所限制外，連接到支線上的設備數是對于支線長度也有限制。
表2表示出IEC-1158-2和ISAS50.02-1992推薦的支線長度限制：
我們設計的支線長度不能超過表格中規定的電纜長度，如果電纜總長度或支線長度超出了限制條件，應考慮改變網絡的拓撲結構，更換電纜型號，縮短電纜的敷設路徑，或者是采用中繼器。
2.5 現場總線儀表的選擇
現場總線使用的儀表和我們現在使用的常規儀表是不一樣的。常規儀表傳送給控制器的僅僅是測量值，而現場部線儀表不僅可以傳送測量值，還可以傳送儀表的狀態以及調試信息。對于FF總線儀表的狀態以及調試信息。對于FF總線儀表我們還需要選擇儀表所具有的功能模塊，因為FF總線將處理功能放在儀表中，這樣就需要確定每個儀表所具有的功能模塊，一般包括AI，AO，DI，DO，PID等模塊。通常可以將處理功能模塊PID選擇放在執行機構上，這樣可以減少網絡上的信息流量。
需要注意的是，目前有些廠家宣稱自己的儀表也具有現場總線的接口，但是其儀表本身不是智能儀表，也就是說它傳送的仍然只是測量值，并沒有遠程調試等功能，這樣的現場總線儀表是沒有意義的。因此在選擇現場總線儀表的時候應該加以注意。
三、總結
(1)目前現場總線之所以在電廠中沒有能夠大規模的使用，我個人認為是因為我們電力行業的人員對現場總線的技術還不夠了解，對它在現場的應用情況還存有疑慮。針對這種情況我認為可以先在電廠的某個工藝過程中少量的使用現場總線技術，在取得一定的運行和維護經驗以后再大規模的推廣使用。目前已經有很多電廠在進行有益的嘗試，我院設計的華能玉環電廠在水處理過程中就采用了PROFIBUS的總線技術。
(2)使用遠程I/O連接現有的DCS。目前在全廠范圍內使用現場總線還不太可能，但可以在一些范圍內使用具有現場總線接口的遠程I/O來連接現場設備和控制器。目前很多DCS廠家都推出了帶有現場總線接口的DCS產品，將現場總線和DCS混合使用主要采用了遠程I/O的思想。目前在電廠在測量鍋爐水冷壁溫度等場合也大量使用了遠程I/O，然后使用光纜將遠程I/O中的信號傳送到DPU中進行處理。借鑒這種思想，我們可以用帶有PROFIBUS接口的遠程I/O將現場儀表連接起來，當然這里的儀表并不一定是溫度元件，只要是滿足PROFIBUS協議的儀表都可以連接到該遠程I/O中去，然后再通過PROFIBUS-DP連接到DCS中去進行數據處理。值得注意的是通常現場的環境比較惡劣，這樣對遠程I/O柜的防護等級要求較高，最好在環境較為惡劣的場合布置一些小房間，將遠程I/O柜放在房間內，這樣對遠程I/O的安全運行將會起到很好的作用。
(3)關于現場總線的冗余問題。現在電力行業沒有大規模使用現場總線的一個重要原因就是現場總線的冗余問題。目前PROFIBUS總線的PA和FF總線的H1網段都是不能實現冗余的。但我們可以分析一下DCS的冗余水平，目前DCS的冗余也僅限于DPU、通訊總線，而對于I/O通常是不冗余的，對于一些重要信號通常采用的是將現場的儀表冗余，然后將冗余信號接到不同的I/O板卡上的做法。我們再來看一下現場總線的冗余情況。對于PROFIBUS總線，其PA是不冗余的，而上層的DP是能夠做到冗余的，對于一些重要信號也可以采用冗余設置儀表的方法來解決這個問題，PA總線可以通過冗余的耦合器連接到冗余的DP網絡中去；對于FF現場總線其H1網段是不冗余的。對于重要信號可以采取與PROFIBUS總線相同的措施，而將H1網段和HSE網絡連接的H1卡也可以做到冗余。由此可以看出現場總線并沒有降低現有的冗余水平!而且SIEMENS公司計劃推出環狀的PA網絡結構，這也可以被看成是一種冗余措施。
(4)符合目前建設數字化電廠的趨勢、目前我國的電廠在車間級(DCS和PLC)和管理級(SIS，MIS，ERP)都基本實現了數字化管理，但卻忽視了現場級的數字化建設。可以說現場設備的數字化是整個電廠數字化的基礎，現場設備實現數字化可以省去大量將模擬信號轉化為數字信號的過程，這樣可以提高信號的精確度以及傳輸信號的速度。現場總線技術可以實現現場設備級的數字化。現場總線中傳輸的信號是一個疊加在24VDC信號上的數字量信號，其信號采用的是曼徹斯特編碼方式，也是目前使用較為廣泛的一種編碼方式。由此可以看出現場總線實現現場設備級的數字化，這對于我們建設數字化電廠來說是非常有益的。
(5)現場總線與傳統控制系統之間的集成主要有三種途徑：一是現場總線在DCS的I/O層次上的集成，現場總線設備作為I/O卡件集成在DCS中；第二是現場總線集成在DCS網絡上，現場總線設備通過網關集成到DCS上，統一組態、監控與管理；第三則是獨立FCS與DCS之間的信息集成，即FCS與DCS都獨立工作，兩者之間通過網關實現信息的映射與互訪。在目前DCS仍在大量使用的情況下，以上幾種方法不僅可以利用DCS成熟的技術與經驗，也可以發揮現場總線的優勢。
(6)由于各種現場總線協議互不兼容，不同現場總線設備不能直接進行信息互訪和交換。因此，隨著現場總線系統的廣泛應用，由于分期投資和用戶要求的多樣性，必然會導致多種現場總線系統共同工作的現象。為此，各大公司紛紛推出能夠讓多種現場總線協同工作的控制系統，如Smar公司的System302系統能夠連接FF、HART、Profibus和4～20mA的設備；Foxboro公司的系統也能夠包容FF、Profibus、Modbus、DeviceNet等。ABB公司在其推出的ControlIT產品中也將Profibus、FF、HART等現場總線產品集成在一個系統環境下共同工作，并在以太網平臺上通過OPC協議進行集成。
四、結束語
現場總線作為一項新技術已經出現十幾年的時間了，但大規模的應用到工業場合還是近些年的事情。種種事實表明，現場總線確實可以降低我們工程建設的費用，更重要的是可以降低設備運行期間的維護費用，從而降低整個工程生命周期的費用。可以說現場總線技術代表著控制技術發展的方向，它真正實現了控制分散的思想。雖然現場總線本身也存在著某些不足，但我們不能因為這些不足而排斥它，我們應該主動的去了解它，充分利用其先進的一面，想辦法克服其不足的一面，這才是對待一項新事物的正確態度，才能使我們的自動化水平能夠繼續的往前發展!
評論