1、引言
      現(xiàn)場總線技術是電子、儀器儀表、計算機技術和網(wǎng)絡技術發(fā)展結晶,是工業(yè)自動化事業(yè)發(fā)展需要。它將專用微處理器置入傳統(tǒng)測量控制儀表,使它們各自都具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力,采用可簡單連接雙絞線等作為總線,把多個測量控制儀表連成網(wǎng)絡系統(tǒng),并按公開、規(guī)范通信協(xié)議,位于現(xiàn)場多個微機化測量控制設備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間,實現(xiàn)全數(shù)字化、雙向多變量數(shù)字通信,一改過去長時間運用4-20mA模擬信號標準。它在電力、冶金、石化、樓宇等方面自動化系統(tǒng)中具有廣泛應用前景。
2、廈門會展電力監(jiān)控系統(tǒng)介紹
      廈門國際會展中心電力監(jiān)控系統(tǒng)工程是會展中心智能化工程中重點工程之一,電力監(jiān)控系統(tǒng)負責對會展中心高、低壓配電室內(nèi)各種用電設備集中監(jiān)控與計量,先進系統(tǒng)和控制方案給會展中心提供高效、先進系統(tǒng)管理。
      廈門國際會展中心電力監(jiān)控系統(tǒng)工程由西安協(xié)同公司承接實施,西安協(xié)同公司針對該系統(tǒng)各種設備接口復雜、技術專業(yè)性強等特點,精心設計、科學組織、克服困難、不斷創(chuàng)新,最終圓滿完成了工程實施。該系統(tǒng)優(yōu)良率為92%,居28個子系統(tǒng)之首,受到建設單位一致好評。
2.1　系統(tǒng)組成及功能
      系統(tǒng)由一臺中央工作站、六臺監(jiān)控分站、一條“DH+”總線組成,采用集散型系統(tǒng)設計。監(jiān)控分站選用美國AB公司SLC500控制器,控制器配有DI、DO及BASIC通信模塊。DI模塊完成低壓開關狀態(tài)采集與脈沖量計量,DO模塊實現(xiàn)開關分勵脫扣及模擬屏驅(qū)動。BASIC通信模塊帶有兩個獨立可編程RS-485通信口,可外掛兩條RS-485總線與各種智能設備構成現(xiàn)場總線結構。本系統(tǒng)中BASIC通信模塊主要完成如下監(jiān)控功能;
      三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度、變壓器溫度、浮充電壓、環(huán)境溫度；開關狀態(tài),故障、報警、跳閘信號;開關分、合閘控制。
      本系統(tǒng)是PLC與現(xiàn)場總線并存系統(tǒng),但可以看出,現(xiàn)場總線是該系統(tǒng)核心,也是該系統(tǒng)亮點之一。
      本系統(tǒng)使用智能設備有瑞士ABB公司REF-541綜合三相過流保護繼電器,法國SOCOMEC公司智能電網(wǎng)電量監(jiān)控器,浙江科宏電氣智能溫控設備、福州利電氣智能溫控設備,上海華辰電氣智能高頻開關直流屏。
2.2　系統(tǒng)特點及優(yōu)點
節(jié)省硬件投資與施工費用
      傳統(tǒng)控制系統(tǒng)模擬量采集一般選用各種變送器,將模擬量轉(zhuǎn)換為4-20mA標準電流信號,然后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,最終送往中央工作站。現(xiàn)場總線系統(tǒng)中,所有上述功能全都集成于一體化智能設備中,采用現(xiàn)場總線系統(tǒng),不需購置大量硬件設備,節(jié)省空間,節(jié)省投資。　
      現(xiàn)場總線系統(tǒng)接線十分簡單,一條電纜便可連接多個設備,而傳統(tǒng)控制系統(tǒng),每個變送器都需單獨電纜傳送信號。,采用現(xiàn)場總線系統(tǒng),電纜、端子、槽盒、橋架用量大大減少,連線設計與接頭校核工作量也大為減少。如需增加現(xiàn)場設備時,無需增設新電纜,可就近連接原有電纜上,減少了設計、安裝費用。
      廈門國際會展中心電力監(jiān)控系統(tǒng)實際I/O點數(shù)為1000點,模擬量為370點,我公司實施這一系統(tǒng)用了105萬,不使用現(xiàn)場總線系統(tǒng),用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)模式,經(jīng)我們估算,投資至少需要150萬。
系統(tǒng)維護方便
      現(xiàn)場總線系統(tǒng)結構簡單,故障環(huán)節(jié)少,施工維護方便?，F(xiàn)場智能設備具有自診斷和簡單處理能力,維護人員可以查詢設備運行,診斷維護信息,早期分析故障原因并快速排除,縮短了維護停工周期。
控制功能分散
      傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制功能主要由控制室設備承擔,現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制功能基本上由智能化現(xiàn)場儀表承擔,控制功能分散比較徹底,真正做到了“分散控制”。比如該系統(tǒng)智能溫控設備,對變壓器溫度監(jiān)測,它會發(fā)出命令啟動風機降溫高壓跳閘,并不依賴上位機功能。
系統(tǒng)準確性和可靠性到提高
      現(xiàn)場總線設備智能化、數(shù)字化,與模擬信號相比,它從根本上提高了測量與控制精確度,減少了傳送誤差。同時,系統(tǒng)結構簡化,設備連線減少,現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強,減少了信號往返傳輸,提高了系統(tǒng)工作可靠性。
2.3　技術難點及經(jīng)驗總結
      一條RS-485總線理論上只允許掛有相同通信協(xié)議智能設備,各個設備以不同址加以區(qū)分。但會展中心2、4、5號低配室有三種不同協(xié)議智能表,那么兩個通信口BASIC模塊,不可避免要將兩種不同協(xié)議設備掛一條總線上。我們針對這一問題作了分析與論證,認為協(xié)議不同智能設備,端口配置（包括波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、停止位、流控制）相同,便可以掛一條總線上工作。我們對所有設備端口進行了統(tǒng)一配置,通信軟件編制作了相應調(diào)整,分別對不同設備進行讀寫控制,最終系統(tǒng)運行正常,并沒有發(fā)生沖突情況。
      總線上設備增加,數(shù)據(jù)刷新周期會變長,系統(tǒng)實時性會降低,要提高實時性,則要增加硬件投資,如增加通信模塊或提高系統(tǒng)配置。具體控制系統(tǒng),不必一味追求系統(tǒng)實時性,要系統(tǒng)實際情況和客戶具體要求,使系統(tǒng)各項指標滿足要求即可。例如會展中心高配室,一條RS-485總線同時連接20臺REF-541,要進行讀取數(shù)據(jù)、采集報警、開關分、合閘控制等多任務,不同任務對實時性要求是不同。我們通信軟件編制中,對不同任務也加以區(qū)分,采用“硬實時任務”優(yōu)先處理算法,最終使系統(tǒng)各項指標均達到技術協(xié)議要求。
3、現(xiàn)場總線系統(tǒng)模式應用于其它系統(tǒng)設計構思
      廈門國際會展中心電力監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)場總線技術樓宇自控領域成功應用,那么該控制系統(tǒng)模式能否應用于其它系統(tǒng)呢?下面給出樓宇自動化抄表系統(tǒng)設計構思。
      小區(qū)用戶水電氣表選用有脈沖輸出功能產(chǎn)品,多路采集控制器負責計量某一區(qū)域或樓層用戶三表脈沖數(shù),并計算出每戶用電量、用水量、用氣量,RS-485總線上傳至管理工作站。目前生產(chǎn)這種采集器廠家較多,價格也比較便宜。當然也可以采用小型PLC來實現(xiàn),這樣系統(tǒng)性能會大幅度提升,投資也會相應增加。我公司給某大廈抄表系統(tǒng)建議方案中便采用這種模式。
4、現(xiàn)場總線技術將朝著開放系統(tǒng)、統(tǒng)一標準方向發(fā)展
      以微處理器芯片為基礎各種智能儀表,為現(xiàn)場信號數(shù)字化以及實現(xiàn)復雜應用功能提供了條件。但不同廠商所提供設備之間通信標準不統(tǒng)一,嚴重束縛了工廠底層網(wǎng)絡發(fā)展。廈門會展電力監(jiān)控系統(tǒng)來講,該系統(tǒng)涉及到國內(nèi)外智能設備共有5種,我們工程實施中針對5中不同通信協(xié)議分別開發(fā)出5種不同驅(qū)動程序,每種驅(qū)動程序調(diào)試方法也各不相同,這無疑增加了系統(tǒng)集成工作量。
      我國,各種智能設備生產(chǎn)廠家都提供了自己通信接口,但這些接口都很不規(guī)范,也沒有做到統(tǒng)一。國外,現(xiàn)場總線技術統(tǒng)一標準已取了相當進展,自80年代以來,已形成了幾種有影響的現(xiàn)場總線技術：
1、基金會現(xiàn)場總線；
2、LonWorks；
3、Profibus；
4、CAN；
5、HART。
      預計今后一段時間內(nèi),會出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線標準共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構網(wǎng)絡互連通訊局面。但發(fā)展共同遵循統(tǒng)一標準,真正形成一種開放互聯(lián)系統(tǒng)才是大勢所趨。