林君芳，陸 兵

1.江蘇省電力公司金湖縣供電公司，江蘇 淮安 211600 2.江蘇省電力公司連云港供電公司，江蘇 連云港 222004

1 現(xiàn)場總線技術(shù)概述

1.1 現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線技術(shù)最先由德國西門子公司開創(chuàng)，到20世紀(jì)80年代中，由于現(xiàn)場總線技術(shù)本身具有分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特點(diǎn)，促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，對全球工業(yè)自動(dòng)化起到非常重要的作用。由于世界各國發(fā)展工業(yè)的技術(shù)背景、經(jīng)濟(jì)背景的不同，應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)也不相同，通過對世界各國應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)的歸納和總結(jié)，我們可將其分為八類：FF現(xiàn)場總線（foundation filedbus），CN現(xiàn)場總線（control net），PB現(xiàn)場總線（profilebus），P-NET現(xiàn)場總線，F(xiàn)F HSE現(xiàn)場總線，Swift Net（美國波音公司支持），World FIP現(xiàn)場總線，Inter bus現(xiàn)場總線。

總的來說，現(xiàn)場總線技術(shù)主要可分為三級網(wǎng)絡(luò)連接四個(gè)層次，三級網(wǎng)絡(luò)分別負(fù)擔(dān)各自的信息傳遞任務(wù)。第一級網(wǎng)絡(luò)，主要是將電機(jī)啟動(dòng)器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PROFIBUS-DP網(wǎng)；第二級網(wǎng)絡(luò)，主要是通過數(shù)字量傳感來執(zhí)行簡單的設(shè)備操作，如光電開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥等，這些設(shè)備的控制主要是通過現(xiàn)場I/O接入PROFIBUS-DP網(wǎng)。第三級網(wǎng)絡(luò)，鏈接客戶端和信息監(jiān)控，主要是將監(jiān)控服務(wù)器、現(xiàn)場監(jiān)控機(jī)、PLC、獨(dú)立主機(jī)控制段的PLC接入工業(yè)以太網(wǎng);監(jiān)控服務(wù)器、中央監(jiān)控機(jī)、數(shù)據(jù)庫服器和客戶機(jī)接入Enter net網(wǎng)。

1.2 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢

隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化得到推廣和應(yīng)用，現(xiàn)場總線技術(shù)由于其自身的系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢，必然將廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化中。

一方面，現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化和分散化，可以使電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)一對多連線，并且模擬電壓、電流信號進(jìn)行測量，控制，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備之間以及與外界的信息交換。使電力自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“信息交流”。

另一方面，現(xiàn)場總線技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)和微處理設(shè)備應(yīng)用于電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，信息集成，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化以及電力自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信。同時(shí)，現(xiàn)場總線技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)底層電力設(shè)備之間以及與外界電力設(shè)備的信息交換等。

2 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的意義

2.1 實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的信息傳輸和交換

現(xiàn)場總線技術(shù)將各種開關(guān)、電力傳送、使用電壓的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后采用數(shù)字信號通訊，提高系統(tǒng)對這些設(shè)備信號的檢測和判定，進(jìn)而達(dá)到控制第一級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)作的目的。也加強(qiáng)了客戶端和電力系統(tǒng)首端地聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了多站點(diǎn)之間的高速、雙向通信。

2.2 提高了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的可維護(hù)性

基于現(xiàn)場總線的電力自動(dòng)化系統(tǒng)采用總線方式替代一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了電力輸送的連接線以及連接點(diǎn)，這樣也減小了大量的連接電線造成的不穩(wěn)定因素，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，巡查故障因素相對簡單方便。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可實(shí)現(xiàn)完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

2.3 有效減少了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的建設(shè)開支

首先，在電力系統(tǒng)的布線、安裝、維護(hù)方面，現(xiàn)場總線技術(shù)節(jié)省了大量的一對一的連線，改為了一對多和多對多的連線方式，且在電力的傳輸過程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號跟蹤和回饋，因此相較于傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)，這方面的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)了大幅度減小。其次，現(xiàn)場總線技術(shù)要求電力設(shè)備的插件是統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的，這對整個(gè)電力系統(tǒng)而言節(jié)省了大量因?yàn)椴褰涌诓灰恢露鴮?dǎo)致線路或插接口的浪費(fèi)，也同時(shí)免去了人力去選擇插接件的勞動(dòng)，使得電力系統(tǒng)的末端安裝工程相對簡單方面。在這方面節(jié)省了不少的費(fèi)用。最后、強(qiáng)大的故障診斷能力（包括總線節(jié)點(diǎn)的通信故障、電源故障，以及現(xiàn)場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)），使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)變得輕松和方便。

3 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用與電力系統(tǒng)自動(dòng)化的可操作性

3.1 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)

主要是指火力發(fā)電方面，在火力發(fā)電機(jī)的熱工自動(dòng)化設(shè)備上實(shí)施總線技術(shù)，通過總線技術(shù)系統(tǒng)來控制發(fā)電機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)作，減少人工操作和減輕勞動(dòng)遷都，總線系統(tǒng)通過對發(fā)電機(jī)的熱能數(shù)據(jù)的監(jiān)控和記錄，將這些數(shù)據(jù)傳送至上層控制端，控制端將對設(shè)備的控制程序轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，從而達(dá)到基層設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)作。此外，當(dāng)發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)意外故障和特殊信號時(shí)，總線技術(shù)控制系統(tǒng)在識別了這些信號時(shí)會自動(dòng)發(fā)出關(guān)閉指令，減少事故發(fā)生概率。最優(yōu)控制、預(yù)測控制、非線性控制、自適應(yīng)控制等先進(jìn)的控制策略以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制應(yīng)用到火電廠是一個(gè)發(fā)展趨勢，而現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷完善則為先進(jìn)的控制手段的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和載體。

3.2 電力參數(shù)監(jiān)控方面

目前，火電廠中主控系統(tǒng)為分散控制系統(tǒng)（DCS）。這一系統(tǒng)主要是根據(jù)電力設(shè)備的時(shí)機(jī)情況和生產(chǎn)要求，在底層設(shè)備的布線過程中將設(shè)備的傳送和運(yùn)行于DCS系統(tǒng)相集成，目前已經(jīng)在某些大型的火力發(fā)電廠運(yùn)用到這一技術(shù)，這一技術(shù)的運(yùn)用可以使得DCS系統(tǒng)對電力設(shè)備的各種數(shù)據(jù)和信號進(jìn)行識別和判定，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字、分層次的監(jiān)控，減輕操作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，現(xiàn)場總線技術(shù)與DCS系統(tǒng)體系的集成方便了使用者的末端操作，火電廠可以通過DCS系統(tǒng)來選擇線路傳達(dá)操作信號，啟動(dòng)和調(diào)用最優(yōu)化和最合理化的基礎(chǔ)設(shè)別實(shí)現(xiàn)操作目的，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營創(chuàng)造最佳效益。電力參數(shù)監(jiān)控方面 對電力參數(shù)的監(jiān)控主要是通過設(shè)置電參數(shù)檢測基站實(shí)現(xiàn)的。電參數(shù)檢測基站以自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表技術(shù)為核心，以現(xiàn)場總線技術(shù)為載體，集電測技術(shù)、通信技術(shù)、用電管理技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)對電力信號的測量、控制、轉(zhuǎn)換、傳送，進(jìn)而達(dá)到對電能信號的管理功能，及時(shí)、高效的反饋電力在傳送過程中遇到的特殊和意外情況，有利于使用者獲取電力參數(shù)和使用效率，從根本上克服了傳統(tǒng)抄表模式的弊端，給電能管理的現(xiàn)代化帶來了新的氣象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電能的有效管理。

3.3 電力輸送方面

現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用與電力系統(tǒng)，在對電力輸送方面實(shí)施監(jiān)控，主要是由CAN總線、上位機(jī)和基于80C196KC的監(jiān)控單元組成，結(jié)合高精度測量電路和10位A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的在線測量。通過設(shè)置電機(jī)額定運(yùn)行參數(shù)和更換外接互感器的方法使本系統(tǒng)適用于任何電壓、電流等級的交流電機(jī)，系統(tǒng)可以采用特定的保護(hù)算法實(shí)時(shí)地對單電機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)，同時(shí)還可以根據(jù)連鎖控制算法實(shí)現(xiàn)一臺或幾臺電機(jī)的起動(dòng)控制、保護(hù)停機(jī)。

3.4 電力分配和調(diào)度方面

現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化，其應(yīng)用的一個(gè)非常重要的方面在電力的分配和調(diào)度上。傳統(tǒng)的廠站監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過電纜將PT/CT二次側(cè)電參數(shù)傳送至中控制，這樣的方式造成了測量數(shù)據(jù)在傳送過程中的降低和減少，導(dǎo)致測量精度不足，并且隨時(shí)需要人工值守，造成對人工和設(shè)備的浪費(fèi)等?；诂F(xiàn)場總線的廠站監(jiān)控系統(tǒng)可采用Lonworks或CAN等現(xiàn)場總線技術(shù)，即可取得良好效果。

4 結(jié)論

現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化對我國電力事業(yè)的發(fā)展起到非常重要的促進(jìn)作用，但是在實(shí)踐中仍然存在一些不足和缺陷，主要是由于國際標(biāo)準(zhǔn)和我國電力實(shí)際狀況有區(qū)別。因此，需要廣大的電力工作者在實(shí)際工作中不斷探索和總結(jié)，不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，創(chuàng)建符合我國電力事業(yè)實(shí)際的現(xiàn)場總線技術(shù)。

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