现场总线技术及其在电力自动化中的应用

霍彦生

【摘要】现场总线技术可算作如今自动化领域的“当红炸子鸡”。其技术的应用范围也越来越广泛。现如今，全球正处于科技大发展的时期，无论是计算机技术还是网络信息技术都在迅猛的发展，这自然也引发了电力自动化领域的大变革。随着电网覆盖面积的不断加大，建设电网的设备也趋于复杂化。这也导致对电网的安全运行提出了更高的要求，而现场总线技术作为一门刚刚兴起的控制技术，在不久的将来一定会大范围的取代过去的传统控制系统广泛的应用于电力自动化的生产作业当中。

【关键词】现场总线技术；电力自动化；应用

现场总线技术成型于八十年代末九十年代初的时候，因其主要在生产现场进行应用、并可以实现控制设备之间进行双向数字通信的功能。因此，它也被称为开放式数字化的控制控制技术。现场总线系统，也就是FCS是更新发明的第五代用于进行生产控制的系统。其作为最新一代的自动化控制系统，现场总线系统（FCS）不但打破了过去传统的DSC系统必须使用专用通信网络的局限性，而且也在系统的结构上进行了更新。（传统的DCS系统采用的是集散系统结构，FCS则是采用了全分布式的系统结构），它与传统系统最大的区别就在于它将控制功能彻底的“交给了”生产现场进行控制。总的来说，这也是现场总线系统区别于传统系统最为显著的特征。

一、什么是现场总线技术

如同人体的四肢骨骼一般，现场总线控制技术的“四肢骨骼、血液脉络”就是由计算机，网络信息等高新技术以及超大规模的集成电路、仪表、接线等等构成。与传统系统相比，其智能性进化明显。如今的现场总线技术并不只是单单代表一条通讯线或者一种通信的标准模式了。它不论是从系统的精确度上来看还是从运行的可靠性以及投入成本的经济性上来看，都要比之传统的自动化控制系统“优秀”许多，其拥有的主要特点如下。

（一）系统具有更加开放的特性

传统的控制系统是实行“闭关锁国”政策的一种自我封闭的运行模式。传统的自动化控制系统如果要进行对外的通讯一般只能通过工作站中的串口或并口来实现。而在新一代的现场总线控制系统中， 工作站可以同时接收现场总线与局域网等两层网络的通讯，通过局域网，FCS可以实现与其它计算机系统或者是其他的网络进行信息上的传递和交换，以达到彼此资源共享的目的。另一方面，现场总线控制技术的技术标准是对所有人公开的，它并没有在专利许可方面存在任何的要求。也就是说，它允许制造商或者用户之间实行技术与资源上的共享。它也可以与任何不受专利权约束的其他系统设备实现互接。使用者还可以按照自己的实际需求以及所要控制的应用对象，把来自不同生产厂家的不同规格的产品随意组成成适合自己使用的控制系统。

（二）FCS在系统的可操作性与互用性也“技高一筹”

传统的自动化控制系统，不同生产厂商出品的DCS是不能相互进行交换的，如果必须要对设备或者技术进行更新的话，就只能对整个系统的设备或者技术进行全面的更换。在这一点上，FCS控制系统则要方便人性化许多，它不但可以实现设备之间、系统之间的信息交换，同时也可以实现“点对点，一对多”的数字化通信交流。最为重要的是，不同生产厂家生产的相类似的可控设备也可以互相进行互换，使得使用者在应用该系统的过程中，省掉了很多不必要的麻烦。

（三）生产现场的设备实现了智能化

传统DCS控制系统的正常运行一定要有操作站、控制站以及现场设备等三层结构的互相配合，它的信号传递方式是利用模拟信号的单向传递来实现的。这样的信号传递方式，不但导致信号会在传递的过程当中产生非常大的误差，而且总控系统也不能快速的判断出故障来源，因而致使出现系统带着故障继续运行的状况发生。对于这个问题，FCS控制系统中因为使用了比较先进的双向数字通讯的技术，它可以将各个控制功能与处理功能分散到生产现场进行作业的各个设备当中来独立进行。所以，FCS控制系统可以依靠现场设备自身就能自动完成简单故障处理与报备方面的基本功能，并可以对电力设备的运行状态进行随时随地的诊断。

（四）控制系统将功能分散到了整个现场设备当中

FCS系统将一些基本的控制功能分散到了现场设备本身，这使得现场设备可以实现一些控制方面的基本功能，这也表明现场总线系统，突破了从前传统模式集中式的运行模式，构成了一种全新的分散性较高的体系结构。从根本上改变了传统DCS控制系统以集散控制为主要控制手段的运行模式，同时也对系统结构的繁复性进行了简化，使系统可以更加安全可靠的运行。

（五）对现场的工作环境适应性更强

作为电力自动化工作在现场设备的前端系统， 现场总线技术也专门考虑到系统能否适应不同工作环境而进行了特别的设计，它除了可以支持同轴电缆电力线等常用的现场设备，同时也提高了系统运行时的抗干扰能力，以及为此增加了使用两线制送电与通信的功能。还有最为主要的一点是，现场总线系统也满足了本质安全防爆的要求。

二、现场总线技术在电力自动化中的应用意义

（一）实现了电力自动化的数字通讯

现场总线技术将各种需要传送的信号转化成了数字信号，然后采用数字通讯功能进行信号的传送，这不但避免了类似传统系统不能及时发现故障而带着故障继续运行情况的发生，同时也更好的控制了第一季网路设备的运行。加强了客户端彼此的联系，实现了多站点之间的双线通信，在提高了通讯速度的同时也保证了通信质量。

（二）提高了电力自动化的可维护性

基于现场总线在电力自动化系统中的应用，减少了电力输送设备之間的连接线的使用以及连接点的出现，这样可以减小了因为使用大量连接电线而导致电力不稳定情况的出现频率。当系统的某点发生了故障，排查故障原因也可以相对简单方便一些。同时，因为现场总线系统的现场设备具有在线故障诊断、报警、记录等基本的自控功能，这从一定程度上来讲也增强了系统的可维护性。

（三）极大的减少了在电力自动化上面的投资

第一，在电力系统的布线、安装以及维护方面，现场总线技术就可以为其节省大量的连线，并且在电力的传送过程中也可以实现对信号的跟踪以及回馈，从上述的几点看来，相对于传统的控制系统来讲，大幅度的减小了相关费用的投入。第二，现场总线技术的电力设备插件一定是统一标准的，这对于整个电力系统而言，在节省了大量插接口浪费的同时，也免去了很多人力物力的损耗。使得电力系统的安装工程简单不少。最后，现场总线技术还有一个最强大的好处，就是其对于设备故障的诊断能力，从而使系统的维护也变得简单方便。

三、现场总线技术在电力自动化中的应用

电力自动化的主要特点就是被控制的设备庞大而且操作复杂，其具有很强的分散性，可是彼此之间的联系又十分紧密，这就导致了因为被控制的参数众多而出现了干扰严重的问题。随着现场总线技术逐渐的融入到了电力自动化的应用当中，其带来的好处与作用也越来越明显，并已经成为实现电力自动化的关键，不断的向前发展。目前，已经有很多相对来说比较成熟的现场总线系统应用在了电厂以及变电站的电力自动化当中。并且已经获得了非常良好的经济效益以及非常可观的发展前景。

近几十年来，我国各大电网企业的生产规模的不断发展壮大，35KV级别的输电网已渐渐成为了电网应用中的主流配置。但是由于我国35KV变电站建设的年代跨度较长，其在电力自动化方面的设施已经远远满足不了现如今生产工作方面的需求，运行设备的落后和信息通道上的缺陷，已经严重影响到了电网的日常运行以及在面对突发情况时反应速度以及解决力度。故此，为了我国电网可以更为安全稳定的运行，对电力自动化的设备以及技术进行一次全面性的改造已经是势在必行。其中的35KV变电站中间隔层的通讯网络将要求全部换成现场总线技术。

以四方华能电网控制系统有限公司生产的“CSC2000综合变电站自动化系统”为代表，它是我国最先将LonWorks现场总线技术应用到电气自动化中的控制系统。四方公司不但率先将此技术应用到了变电站的电力自动化系统之中，同时也直接将其并入了间隔层的设备之中。因为LonWorks具有更高效的可靠性能以及大容量、高速度的通信能力，所以它可以极大提高通信系统的信息接收能力与数据处理能力，而且它也可以完美的解决在进行低速串口的通信采样数据时经常产生的瓶颈问题。另一方面，LonWorks在抗干扰能力以及其抗震性能方面也是拥有不俗的表现，它不仅可以应用于较大的温度跨度，同时也适合在变电站比较恶劣的环境中运行。最重要的是，LonWorks的信号传输速率完全满足现如今变电站电力自动化系统对于信息传递方面的需求。

现场总线技术在电力自动化当中的应用，其最为重要的一个方面就在于它对电力的分配以及调度上。传统的控制系统主要是通过电缆，来实现将电能参数传送到主机当中进行控制，这样的传送不但降低了在传送过程中测量数据的准确度。同时也导致了对其测量精度上的缺陷，并且这种监测模式也需要人工不间断的值守，严重造成了人工以及设备上的浪费。现场总线系统则因为其本身自带的Lonworks现场总线技术，可以在设备监测方面取得非常良好的效果。由于现如今，现场总线技术还是存在多种标准共存的局面，给使用者的选择带来了一定的困惑。符合现场总线标准的产品样式、品种比较少，我国自主生产的相关设备就更是少之又少；而现在市场上支持现场总线标准的一些智能设备的价格又普遍偏高；在职的电力设计人员对现场总线技术了解的又比较少等等。这些因素使得现场总线技术在电力自动化方面的应用进程略显缓慢。

四、总结

与传统的控制系统相比，使用现场总线技术的用户，可以相对比较自由的选择不同制造厂商提供的现场总线设备，并根据自身的需求进行系统的组合。这有效避免了从前选择了某一品牌的产品，就一定要全部使用其生产设备的情况发生，同时现场总线技术也避免了系统在集成过程中不兼容的问题。通过上述的分析讨论，我们可以看出现场总线技术的优点以及其在电力自动化运行中带来的好处。与其在未来发展上的可观前景。

参考文献

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