现场总线技术分析论文.doc

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1、现场总线技术分析论文【论文关键词】:现场总线;控制系统;冗余;电厂【论文摘要】:文章主要讨论了现场总线的特点，阐明了基于现场总线的电厂自动化系统构成，着重强调了现场总线在电厂中应用应注意的问题。1.前言在电厂信息化的建设过程中，越来越多的专家、学者和电力工程设计人员意识到推动现场总线技术在电厂应用的重要性和迫切性，提出了现场总线控制系统在电厂的应用设想和建议。但到目前为止，在国内已建和在建电厂中，真正意义上的全面和系统地应用现场总线控制系统的实例尚未见报道，还只是局部的试点。根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之

2、间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统(FCS)。而衡量一个控制系统是否为真正的FCS有三个关键要点，即：核心、基础和本质。FCS的核心是总线协议，只有遵循现场总线协议的控制系统，才能称为现场总线控制系统；FCS的基础是数字智能现场仪表，它是FCS的硬件支撑；FCS的本质是信息处理现场化，这是FCS系统的效能体现。因此现场总线控制系统是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统。它与DCS的本质差异在于现场级设备的数字化、网络化，实现了控制装置与现场装置的双向通信，消除了生产过程监控的信息“盲点”。可以

3、说，现场设备级的数字化、网络化是电厂信息化管理的基础。2.电气现场总线控制系统的特点2.1电气参数变化快电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开关状态、保护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。2.2电气设备的智能化程度高4电气系统的发电机一变压器组保护、起动一备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。2.3电气设备的控制逻辑简单电气

4、设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求。2.4电气设备的控制频度较低除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外，在机组正常运行时电气没备一般不需要操作。在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行厂用电源切换。2.5电气设备具有良好的可控性这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。2.6电气设备的安装环境较好且布置相对集中电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备问内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制

5、设备就地布置提供了有利条件。3.基于现场总线的电厂自动化系统构成电厂热工控制系统中所使用的仪表设备不同、连接方式不同、通信协议不同，给系统的兼容性、可扩展性、稳定性、维护等带来了很大的困难。为了使现场总线具有开放性，便于用户选择不同的产品，我们按照国际电工委员会(IEC)制定的IEC61158国际标准，提出了基于现场总线的电厂综合自动化系统结构。此系统体系结构分为三层，从低到高分别为现场控制层、监控层和企业管理层。3.1现场控制层现场控制层由现场设备和控制网段组成。H1层网络是在FF现场总线的H1层基础上定义的低速现场级网络，低速总线H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树型拓扑

6、结构，而高速总线仅支持总线拓扑结构。Hl主要用于连接现场智能仪表，如压力、温度、液位、流量等变送器及其执行机构等。43.2监控层监控层由高速以太网0t2总线)以及连接在总线上的担任监控作务的工作站或显示操作站组成。tt2层网络属于现场总线的高速现场级网络，主要用于连接现场智能设备(PLC、远程I／O、电动门、变频器等)、操作员站、工程师站等设备，完成监控级的通讯任务和比较复杂的控制策略。3.3企业管理层企业管理层由各种服务器和客户机组成。其主要目的是在分布式网络环境下。集成企业的各种信息，实现与internet的连接。完成管理、决策和商务应用的各种功能。首先要将监控层实时数据库中

7、的信息转入上层的关系数据库中，这样管理层用户就能随时查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的远程监控。4.工程应用中需考虑的问题虽然现场总线具有很多优越性能，但尚无十分成熟的应用经验，特别是目前的标准中还包含有多种协议，给实际应用带来了许多困难。因此，工程应用中必须精心设计，慎重考虑，在充分考虑到满足生产现场对控制系统功能需求和安全可靠的前提下，尽量发挥现场总线设备的优越性能。4.1应用范围在没有成熟的应用经验情况下，有选择地在部分区域控制中应用并总结经验，不断改