火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)
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2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)于電纜的要求
有許多種類型的電纜可以用于現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)度和電纜類型是有關(guān)系的，表1中列出的是IEC/ISA物理層標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜類型：
在各類電纜中，應(yīng)優(yōu)先選擇A類電纜，因?yàn)樗膫鬏斝阅茏詈?，允許的傳輸距離也最遠(yuǎn)，因此在進(jìn)行新項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)選擇這種類型的電纜。
其次應(yīng)選擇B類電纜，這是一種多線對(duì)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(xiàn)場(chǎng)總線共存于同一區(qū)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(guān)文件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線使用的電纜進(jìn)行了規(guī)定，但遺憾的是目前還沒有一個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線電纜進(jìn)行認(rèn)證。
前面已經(jīng)得到現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)于一個(gè)網(wǎng)段的電纜總長(zhǎng)度是有要求的，表1中就列出了這種規(guī)定。
如果在同一個(gè)網(wǎng)段中使用了多種電纜，則可以使用下面的公式進(jìn)行核算：
式中，L1，L2……Ln表示每種電纜的實(shí)際長(zhǎng)度；
L1max,L2max……Lnmax表示每種電纜所允許的最大長(zhǎng)度。
2.4 支線長(zhǎng)度的限制
除了電纜總長(zhǎng)度對(duì)支線度度有所限制外，連接到支線上的設(shè)備數(shù)是對(duì)于支線長(zhǎng)度也有限制。
表2表示出IEC-1158-2和ISAS50.02-1992推薦的支線長(zhǎng)度限制：
我們?cè)O(shè)計(jì)的支線長(zhǎng)度不能超過(guò)表格中規(guī)定的電纜長(zhǎng)度，如果電纜總長(zhǎng)度或支線長(zhǎng)度超出了限制條件，應(yīng)考慮改變網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，更換電纜型號(hào)，縮短電纜的敷設(shè)路徑，或者是采用中繼器。
2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的選擇
現(xiàn)場(chǎng)總線使用的儀表和我們現(xiàn)在使用的常規(guī)儀表是不一樣的。常規(guī)儀表傳送給控制器的僅僅是測(cè)量值，而現(xiàn)場(chǎng)部線儀表不僅可以傳送測(cè)量值，還可以傳送儀表的狀態(tài)以及調(diào)試信息。對(duì)于FF總線儀表的狀態(tài)以及調(diào)試信息。對(duì)于FF總線儀表我們還需要選擇儀表所具有的功能模塊，因?yàn)镕F總線將處理功能放在儀表中，這樣就需要確定每個(gè)儀表所具有的功能模塊，一般包括AI，AO，DI，DO，PID等模塊。通?？梢詫⑻幚砉δ苣KPID選擇放在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)場(chǎng)總線的接口，但是其儀表本身不是智能儀表，也就是說(shuō)它傳送的仍然只是測(cè)量值，并沒有遠(yuǎn)程調(diào)試等功能，這樣的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表是沒有意義的。因此在選擇現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的時(shí)候應(yīng)該加以注意。
三、總結(jié)
(1)目前現(xiàn)場(chǎng)總線之所以在電廠中沒有能夠大規(guī)模的使用，我個(gè)人認(rèn)為是因?yàn)槲覀冸娏π袠I(yè)的人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)還不夠了解，對(duì)它在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況還存有疑慮。針對(duì)這種情況我認(rèn)為可以先在電廠的某個(gè)工藝過(guò)程中少量的使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在取得一定的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)以后再大規(guī)模的推廣使用。目前已經(jīng)有很多電廠在進(jìn)行有益的嘗試，我院設(shè)計(jì)的華能玉環(huán)電廠在水處理過(guò)程中就采用了PROFIBUS的總線技術(shù)。
(2)使用遠(yuǎn)程I/O連接現(xiàn)有的DCS。目前在全廠范圍內(nèi)使用現(xiàn)場(chǎng)總線還不太可能，但可以在一些范圍內(nèi)使用具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的遠(yuǎn)程I/O來(lái)連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器。目前很多DCS廠家都推出了帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的DCS產(chǎn)品，將現(xiàn)場(chǎng)總線和DCS混合使用主要采用了遠(yuǎn)程I/O的思想。目前在電廠在測(cè)量鍋爐水冷壁溫度等場(chǎng)合也大量使用了遠(yuǎn)程I/O，然后使用光纜將遠(yuǎn)程I/O中的信號(hào)傳送到DPU中進(jìn)行處理。借鑒這種思想，我們可以用帶有PROFIBUS接口的遠(yuǎn)程I/O將現(xiàn)場(chǎng)儀表連接起來(lái)，當(dāng)然這里的儀表并不一定是溫度元件，只要是滿足PROFIBUS協(xié)議的儀表都可以連接到該遠(yuǎn)程I/O中去，然后再通過(guò)PROFIBUS-DP連接到DCS中去進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。值得注意的是通?，F(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比較惡劣，這樣對(duì)遠(yuǎn)程I/O柜的防護(hù)等級(jí)要求較高，最好在環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合布置一些小房間，將遠(yuǎn)程I/O柜放在房間內(nèi)，這樣對(duì)遠(yuǎn)程I/O的安全運(yùn)行將會(huì)起到很好的作用。
(3)關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線的冗余問(wèn)題。現(xiàn)在電力行業(yè)沒有大規(guī)模使用現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)重要原因就是現(xiàn)場(chǎng)總線的冗余問(wèn)題。目前PROFIBUS總線的PA和FF總線的H1網(wǎng)段都是不能實(shí)現(xiàn)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(duì)于I/O通常是不冗余的，對(duì)于一些重要信號(hào)通常采用的是將現(xiàn)場(chǎng)的儀表冗余，然后將冗余信號(hào)接到不同的I/O板卡上的做法。我們?cè)賮?lái)看一下現(xiàn)場(chǎng)總線的冗余情況。對(duì)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(duì)于一些重要信號(hào)也可以采用冗余設(shè)置儀表的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，PA總線可以通過(guò)冗余的耦合器連接到冗余的DP網(wǎng)絡(luò)中去；對(duì)于FF現(xiàn)場(chǎng)總線其H1網(wǎng)段是不冗余的。對(duì)于重要信號(hào)可以采取與PROFIBUS總線相同的措施，而將H1網(wǎng)段和HSE網(wǎng)絡(luò)連接的H1卡也可以做到冗余。由此可以看出現(xiàn)場(chǎng)總線并沒有降低現(xiàn)有的冗余水平!而且SIEMENS公司計(jì)劃推出環(huán)狀的PA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這也可以被看成是一種冗余措施。
(4)符合目前建設(shè)數(shù)字化電廠的趨勢(shì)、目前我國(guó)的電廠在車間級(jí)(DCS和PLC)和管理級(jí)(SIS，MIS，ERP)都基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管理，但卻忽視了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的數(shù)字化建設(shè)?？梢哉f(shuō)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化是整個(gè)電廠數(shù)字化的基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化可以省去大量將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程，這樣可以提高信號(hào)的精確度以及傳輸信號(hào)的速度?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的數(shù)字化?，F(xiàn)場(chǎng)總線中傳輸?shù)男盘?hào)是一個(gè)疊加在24VDC信號(hào)上的數(shù)字量信號(hào)，其信號(hào)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(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的數(shù)字化，這對(duì)于我們建設(shè)數(shù)字化電廠來(lái)說(shuō)是非常有益的。
(5)現(xiàn)場(chǎng)總線與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)之間的集成主要有三種途徑：一是現(xiàn)場(chǎng)總線在DCS的I/O層次上的集成，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備作為I/O卡件集成在DCS中；第二是現(xiàn)場(chǎng)總線集成在DCS網(wǎng)絡(luò)上，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通過(guò)網(wǎng)關(guān)集成到DCS上，統(tǒng)一組態(tài)、監(jiān)控與管理；第三則是獨(dú)立FCS與DCS之間的信息集成，即FCS與DCS都獨(dú)立工作，兩者之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)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(shù)與經(jīng)驗(yàn)，也可以發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)。
(6)由于各種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議互不兼容，不同現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備不能直接進(jìn)行信息互訪和交換。因此，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，由于分期投資和用戶要求的多樣性，必然會(huì)導(dǎo)致多種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)共同工作的現(xiàn)象。為此，各大公司紛紛推出能夠讓多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)同工作的控制系統(tǒng)，如Smar公司的System302系統(tǒng)能夠連接FF、HART、Profibus和4～20mA的設(shè)備；Foxboro公司的系統(tǒng)也能夠包容FF、Profibus、Modbus、DeviceNet等。ABB公司在其推出的ControlIT產(chǎn)品中也將Profibus、FF、HART等現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品集成在一個(gè)系統(tǒng)環(huán)境下共同工作，并在以太網(wǎng)平臺(tái)上通過(guò)OPC協(xié)議進(jìn)行集成。
四、結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線作為一項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)十幾年的時(shí)間了，但大規(guī)模的應(yīng)用到工業(yè)場(chǎng)合還是近些年的事情。種種事實(shí)表明，現(xiàn)場(chǎng)總線確實(shí)可以降低我們工程建設(shè)的費(fèi)用，更重要的是可以降低設(shè)備運(yùn)行期間的維護(hù)費(fèi)用，從而降低整個(gè)工程生命周期的費(fèi)用?？梢哉f(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)代表著控制技術(shù)發(fā)展的方向，它真正實(shí)現(xiàn)了控制分散的思想。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線本身也存在著某些不足，但我們不能因?yàn)檫@些不足而排斥它，我們應(yīng)該主動(dòng)的去了解它，充分利用其先進(jìn)的一面，想辦法克服其不足的一面，這才是對(duì)待一項(xiàng)新事物的正確態(tài)度，才能使我們的自動(dòng)化水平能夠繼續(xù)的往前發(fā)展!
評(píng)論