隨著電力行業(yè)的技術進步，化工行業(yè)自動化水平日益提高，國內各大化工廠紛紛將配電自動化系統(tǒng)納入DCS（集散控制系統(tǒng)）中，實現監(jiān)控一體化管理。由于DCS主要是以實現化工生產過程自動化為目的，而對電氣系統(tǒng)自動化考慮較少。而僅僅將電氣系統(tǒng)的部分信息如電機電流及運行信號等以“硬接線”的形式送入DCS中而實現簡單的監(jiān)測和啟、?？刂频姆桨?，是一種低層次的融合，將造成投資增加、電氣系統(tǒng)大量原始信息丟失，而電氣系統(tǒng)的控制水平未必得到較大的提高。而隨著現場總線技術的日益發(fā)展，上述問題得到了很好地解決。在某化工廠中的工程實例簡單介紹現場總線技術在化工行業(yè)的低壓配電自動化系統(tǒng)中的應用。
2. 現場總線技術的定義、結構及特點
2.1 現場總線技術概念
現場總線技術概念：現場總線是安裝在生產過程區(qū)域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。即現場總線是以單個分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網絡節(jié)點，用總線相連接，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
2.2 化工行業(yè)現場總線系統(tǒng)的結構
在一個現代化化工廠大規(guī)模的工業(yè)生產過程控制中，工業(yè)數據結構大體分為工廠級、車間級和現場級這3個層次，這其中，現場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成是工廠自動化的重要部分。
現場級與車間級自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設備單機控制、連機控制、通信連網、在線設備狀態(tài)監(jiān)測及現場設備運行、生產數據的采集、存儲、統(tǒng)計等功能，保證現場設備高質量完成生產任務，并將現場設備生產及運行數據信息根據需要傳送到工廠管理層，同時也可接受工廠管理層下達的生產管理及調度命令并執(zhí)行之。因此，現場級與車間級監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)是實現工廠自動化的基礎。
2.3 現場總線系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢
現場總線系統(tǒng)是一個全數字化、全分散式、可互操作、開放式互連網絡的控制系統(tǒng)，現場總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)的DCS相比，具有以下技術特點和優(yōu)勢。
2.3.1 全數字通信
傳統(tǒng)控制系統(tǒng)DCS采用4~20mA的模擬信號傳輸方式。這種傳輸方式一對傳輸電纜只能傳送一路信號。而且，模擬信號在傳輸過程中易被其他信號或環(huán)境噪聲所干擾，傳輸精度不高，控制效果不理想。而現場總線系統(tǒng)采用全數字信號傳輸。傳輸過程中采用數字信號的檢錯、糾錯機制，使其具有較高的抗干擾能力，傳輸精度也得到顯著提高。全數字通信使得多參數傳輸得以實現?，F場設備的測量、控制信息以及其他非控制信息如設備類型和參數、整定值、設備運行狀態(tài)等都可以通過一對傳輸線送到現場總線網絡上的任何智能設備，從而消除了模擬信號傳輸的瓶頸。
2.3.2 控制分散
現場總線系統(tǒng)采用全分散式控制?，F場智能終端設備，既有測量、采集、保護、變換、信號處理等功能，也有邏輯運算和控制功能。通過現場總線，將復雜的控制任務進行分解，分散下放于現場設備中，由現場智能終端設備構成控制回路，實現對各對象的控制。和傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)相比，現場總線系統(tǒng)簡化了系統(tǒng)結構，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。
2.3.3 開放性、互操作性
現場總線采用統(tǒng)一的協(xié)議標準，是開放式的互聯(lián)網絡，對用戶是透明的，不同廠家產品只要使用同一總線標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開放式，允許其它廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去，因此，不同廠家的網絡產品可以方便地接入同一網絡，集成在同一控制系統(tǒng)中進行操作，簡化了系統(tǒng)集成。而在傳統(tǒng)的DCS中，不同廠家的設備是不能相互訪問的。
2.3.4 多分支結構
傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中設備的連接都是一對一的，而現場總線是多分支結構，其網絡拓撲可為總線型、星型、樹型等多種形式。這種多分支結構使得布線簡單、工程安裝周期縮短、運行維護方便，并能節(jié)省投資。這種結構還具有較強的系統(tǒng)擴展性，對于新增的設備，只需直接并行掛接即可，無需架設新的電纜，也無需系統(tǒng)停機。
2.3.5 現場設備狀態(tài)可控
通過現場總線，現場設備的管理信息大大增加，這些信息包括功能模塊組態(tài)、參數狀況、診斷和驗證數據等。操作人員在控制室里就可以對這些信息進行維護和驗證數據等。操作人員在控制室里就可以對這些信息進行維護和管理，對現場設備進行參數整定，并實時地進行性能維護。當設備參數、狀態(tài)發(fā)生變化時，操作人員能提前對該設備進行預處理，可減少事故發(fā)生。故障發(fā)生后，報警機制會立刻通知操作人員故障發(fā)生的部位和設備，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。
2.3.6 降低了系統(tǒng)及工程成本
對大范圍、大規(guī)模I/O的分布式系統(tǒng)來說，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用，降低了系統(tǒng)及工程成本。
3. 基于現場總線技術的低壓配電自動化系統(tǒng)的應用
如今，現場總線技術已經開始得到較為廣泛的應用。如某化工廠所用低壓配電自動化系統(tǒng)，采用基于現場總線技術的ACREL-2000監(jiān)控系統(tǒng)，已投入運行，運行狀況良好。下文以該配電自動化系統(tǒng)為例，簡述現場總線技術在行業(yè)內低壓配電自動化系統(tǒng)中的應用。
3.1 系統(tǒng)簡介
2000型電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件借助了計算機、通信設備、計量保護裝置等，為系統(tǒng)的實時數據采集、開關狀態(tài)監(jiān)測及遠程控制提供了基礎平臺。該電力監(jiān)控系統(tǒng)可以為企業(yè)提供“監(jiān)控一體化”的整體解決方案，主要包括實時歷史數據庫AcrSpace、工業(yè)自動化組態(tài)軟件AcrControl、電力自動化軟件AcrNetPower、“軟”控制策略軟件AcrStrategy、通信網關服務器AcrFieldComm、OPC產品、Web門戶工具等。
3.2 系統(tǒng)結構
2000電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于10kV及以下變配電系統(tǒng)的監(jiān)測與管理，該系統(tǒng)由管理層（站控層）、通信層（中間層）、間隔層（現場監(jiān)控層）三部分組成
站控層設立主控系統(tǒng)Acrel-2000一套。硬件系統(tǒng)采用工作臺式結構，軟件系統(tǒng)采用基于WIN2000 操作系統(tǒng)的電力監(jiān)控軟件Acrel-2000， 同時能通過MODBUS SERVER 和OPC方式實現系統(tǒng)數據的上傳， 實現資源共享。站控層通過位于通信層的工業(yè)以太網交換機與現場中的通信服務器或通信網關進行數據交換。
通信層除了有一個工業(yè)以太網交換機外，還在每個設備層總線分支處設立了一個通信服務器或網關，用來將現場的總線協(xié)議轉為以太網協(xié)議。在保護裝置分支中還使用了ACRHMI通信管理機，ACRHMI是用于實現配電系統(tǒng)的通信處理和設備管理的智能通信單元，其選用了一塊12.1寸高亮度TFT真彩觸摸屏，使用實時嵌入式操作系統(tǒng)和系統(tǒng)工程運行軟件，具有良好的人機界面，集成了ProfiBus-DP通訊接口和TCP/IPRJ45接口，能將多種設備通過現場總線技術有機地連接起來。
現場監(jiān)控層采用包括ARD系列智能馬達控制器、ACR系列多功能網絡儀表在內的具備RS485 ProfiBus-DP通訊接口的分布在配電柜上的智能可通訊設備，通過現場總線通信實現與通信網關的數據交換。
現場總線技術的結構、特點及在化工行業(yè)中的應用研究
3.3 系統(tǒng)功能
3.3.1 友好的人機交互界面（HMI）
標準的變配電系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網絡的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫面切換及畫面導航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫面。主畫面可直觀顯示各回路的運行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機交互界面并實時刷新。
3.3.2 用戶管理
貝加萊監(jiān)控系統(tǒng)軟件可對不同級別的用戶賦予不同權限，從而保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令外，還需工程師級用戶輸入確認口令后方可完成該操作。
3.3.3 數據采集處理
貝加萊監(jiān)控系統(tǒng)可實時和定時采集現場設備的各電參量及開關量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態(tài)等），將采集到的數據或直接顯示、或通過統(tǒng)計計算生成新的直觀的數據信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負荷大值、功率因數上下限等），并對重要的信息量進行數據庫存儲。
3.4 系統(tǒng)優(yōu)點
（1）由于采用數字雙向通信，一對雙絞線或光纖完成諸多的信號傳輸功能，使得在該環(huán)節(jié)中的電纜、橋架、接線端子的用量減少到幾乎為零，因此相應的安裝工作量也大大減少。
（2）間隔層設備采用智能終端設備，電流、電壓等信號在現場就就行高精度的AD變換，再以數字量的形式送入系統(tǒng)中，從而省略了變送器等中間變換環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)采集的信號精度大大提高，節(jié)省了投資。
（3）智能終端設備還能在間隔層實現大量的邏輯、計算功能，可將許多以前在DCS中完成的工作下放到間隔層完成，實現真正意義上的分散控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且系統(tǒng)可采集的信息量大大增加，操作人員在控制室就能實現監(jiān)控系統(tǒng)對現場設備的在線監(jiān)視、診斷、校驗和參數整定。
（4）在工程建設中，由于系統(tǒng)組態(tài)簡單，安裝、運行、維修方便，分步調試能較快完成并及時投運。
3.5 系統(tǒng)部分界面
現場總線技術的結構、特點及在化工行業(yè)中的應用研究
電壓、電流波形計數值顯示界面，以及棒圖、餅圖的顯示
現場總線技術的結構、特點及在化工行業(yè)中的應用研究
配電自動化系統(tǒng)采用現場總線方式進入化工廠計算機控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮了智能電器的作用，改變過去只有重要電氣量才能進入計算機系統(tǒng)的情況，使配電自動化系統(tǒng)運行更加安全可靠和便于維護，同時取消變送器，減少計算機I/O卡件，減少電纜工程量，便于分步調試和投運，有利于配電自動化系統(tǒng)的科學運行維護，降低了投資。相信該技術會在行業(yè)內得到更廣泛的應用和深遠的發(fā)展。
