现场总线技术在电力行业的应用与发展前景

总线就从国际标准中的概念发展为在电力行业最高水平控制系统上有着成功应用的全新技术。

2山重水复疑无路，现场总线的发展伴随着不断的争议

与任何一种新技术的发展过程类似，现场总线的发展也总是伴随着质疑和争议。具有代表意义的三个问题是：

(1)通讯的可靠性较低，现场总线不能用于关键性场合；

(2)通讯的实时性不够，现场总线不能用于高实时性要求的控制功能；

(3)连接控制系统和现场智能仪表的现场总线，都是看不见摸不着的通讯信号，维护人员很难掌握和进行故障处理。

从现场总线的技术本质来看，以上三个问题都是新技术开发和应用过程中出现的波折，而不能认定为是现场总线技术本身的缺陷。

首先来谈谈现场总线的可靠性问题。在现场总线之前，现场的物理信号通过传感器转换成电信号，通过硬接线电缆将标准的电信号送到控制系统中的I/O卡件，经A/D转换处理成数字信号，最终进入控制系统进行运算处理。而在现场总线系统中，将现场的D/A转换、电缆的传输、控制系统的A/D三个环节简化为现场的智能芯片与控制系统直接的通讯。因此，从原理上来说现场总线的可靠性明显优于传统的硬接线。而且现场总线可以传输多点信号，在进行冗余设计时具有比硬接线更好的性价比。同时现场总线具有的诊断功能，能够更有效防止信号故障，进一步提高整个控制系统的可靠性。因此，从技术本质上来看，现场总线具有更高的可靠性。关于可靠性的质疑更多的是由于现场总线相关产品的成熟度问题，特别是支持现场总线的智能设备多种多样，由不同的厂家提供，良莠不齐。

其次，我们再来谈谈现场总线的实时性问题。在电力自动化过程控制领域，按照控制要求，实时性分为两种：一是一般过程信号的采集和控制，要求采样周期和控制周期在200ms～500ms以上，涵盖95%以上的控制要求。二是快速过程信号的采集和控制，要求采样周期和控制周期在50ms左右，主要包括FSSS、ETS和DEH等特殊控制回路。目前现场总线主要用于一般过程信号的采集和控制，对于快速过程信号的采用和控制还是在使用传统的硬接线方案。从串行通讯的实时性能来分析，对于小于64个字节的报文，以500K的波特率，传输时间在2ms以内。对于最高波特率12M的Profibus现场总线，要满足50ms的控制周期要求，就协议本身并不存在任何困难。但是，必须从控制器通讯主站、现场智能设备的通讯从站，以及整个通讯链路中进行整体设计，才能稳定可靠地满足快速过程的实时性需要。

最后，我们来谈现场总线维护的问题。从技术本质上来说，现场总线标准和4～20mA电气信号标准，都用来规范控制系统与现场仪表的信号交换方式。4～20mA电气信号属于电工技术知识，而现场总线标准要求更多的是通讯和软件的知识范畴控制工程网版权所有，对维护人员提出了更高的要求。但现场总线系统中提供了界面友好的调试工具，在建立总线通讯的情况下，能够大大提高对于现场仪表的调试效率。因此，现场总线对维护人员提出更高的要求，这不是技术缺陷，而是新技术发展对人员知识提出的更新要求。由于现场总线技术在电力行业没有得到推广，使得绝大多数电厂设备和系统维护人员对现场总线技术缺乏基本的认知，又因为电力行业内已有的现场总线多数是在电厂辅助车间使用，更大程度上只是一种新技术的试验，或纯粹是大型基建中所谓的亮点而已，根本上没有得到管理层的重视，相关技术人员也就缺乏足够的热情去掌握其必要的维护技术。

由此看来，从技术本质上来说，可靠性、实时性、难于维护的争议，都不应是现场总线技术发展的阻碍(目前现场总线在电力行业的应用案例已经证明了这一点)。那么阻碍现场总线推广应用的障碍究竟在哪里？这是笔者一直在思考的问题。

3众里寻他千百度，影响现场总线推广应用的障碍

为说明上面提出的问题。我们还是从技术的本质出发来进行分析，任何一种新技术的发展和对旧技术的替代都必须建立在两个前提之下，第一是更低的成本，第二是更高的性能。那么：

第一，应用现场总线后的成本更低吗？从目前来看，采用了现场总线系统之后，仪控系统的造价明显提高。

第二，成本的提高能够获得更高的性能吗？从目前的应用案例来看，现场总线提供了大量的诊断数据，但是缺乏分析管理的方法和工具，还没有能够提升电力行业的运行经济指标产生正面的影响。

那么在这种情况，仅仅依赖电力自动化专家群体的超前布局，现场总线只能够获得少量试点应用，但是缺少大规模推广的市场动力。

在这一点上，与现场总线在石化行业的推广应用形成了明显的差距。根据笔者的理解，电力行业和石化行