对电力自动化中现场总线技术应用的探讨

【摘 要】随着信息技术的不断发展，工业电网的结构也在日渐趋于复杂，这对于电网的安全也提出了更高的要求，这种情况下，人们提出了现场总线技术。和传统的DCS来相比，现场总线技术具有更高的精确度、经济性、可行性和可靠性，因此在电力自动化领域中得到了广泛的应用。本文通过对现场总线技术系统结构和特点的分析，来探讨现场总线技术在电力自动化中的应用。

【关键词】电力自动化；现场总线技术；应用

1.概述

自从改革开放以来，我国的社会经济得到了快速的发展，而电力系统建设也取得很大成就。而随着电力自动化技术的不断发展，对于电力自动化系统各方面的要求也在不断提高，从优化系统的设计，到降低施工改造的工作量，到减少自动化设备屏柜的数量等。根据这些要求，人们提出了现场总线技术。现场总线技术是一种新兴的，目前被电力自动化领域所广泛使用的控制技术，简称FCS，它是一种在现场直接安装控制模块，以单位间隔作为对象，采用分布式、分散式设计安装的电力自动化系统。国际上的现场总线是上个世纪八十年代到九十年代之间形成的，主要是用来实现微机化测量控制设备以及生产现场的多节点数字通信，是一个数字化、开放性的多节点通信底层控制网络。

2.现场总线技术的特点

随着现代科技的迅猛发展，在计算机、网络通信、仪表测试、生产管理、超大规模的集成电路等技术的综合影响下，现场总线结合了这些技术的特点，不再作为一个单一的通讯标准或者一根单一的通讯线，其控制系统比起传统的DCS系统要具有更高的精确度、可行性、可靠性以及经济性，具有许多DCS系统所没有的特点，下面我们就来分析一下现场总线技术的这些特点：

2.1开放性

传统DCS系统是一个比较封闭的系统，只有通过工作站的并口或者串口才能对外部进行通讯。而现场总线系统的工作站和现场总线以及局域网两者之间同时挂接，系统通过局域网就可以实现和其他网络和计算机进行信息的传递和交换，从而实现资源的网络共享。另一方面，现场总线的的制造技术和建设标准是对所用的用户以及制造商共同开放的，而没有专利上的问题，因此实现了技术的开放性共享。由于制造商都具有相同的标准，因此对于不同厂商的设备都可以任意相连，这就为用户提供了更多的组合选择来集成自己所需要的现场总线系统。

2.2 可操作性

对于传统的DCS系统来说，不同厂商生产的设备和产品都不能互换，因此要进行设备和技术更新的话，就必须要把全部的设备都换掉，这就显得很麻烦，而且还需要很大的资金。现场总线系统则可以实现互相连接的系统和设备之间的信息互换和传递，进行点对点和点对多点的数字通信，对于不同厂商的设备产品，只要性能比较相似就可以互换互用，而不必“牵一发而动全身”，因此具有更好的可操作性。

2.3 设备智能化

传统的DCS系统是由控制站、操作者以及现场设备这三个部分构成的，通过模拟型号来进行单向的信号传递，信号再传递的过程中往往会出现较大的误差，另外，由于无法及时判断故障而往往导致了系统到这故障来运行，这就会给系统带来隐患。而现场总线技术中采用了双向数字通讯技术，通过将工程量处理、计算、补算以及控制等功能分散到现场的设备中，让这些设备来完成，从而实现了现场设备的自动控制，同时也能对设备的运行专题进行随时的诊断。

2.4 结构分散

我们知道了现场总线系统通过智能化的现场设备就可以实现基本的自动控制功能，这就使得现场总线形成了一种新的，分布式、分散式控制系统结构体系，这就改变了传统DCS系统集中和分散互相结合的集散控制体系，使系统结构更加简化和可靠。

2.5 环境适应性

相对于传统DCS系统，现场总线系统具有更好的现场环境适应性，其设计是针对现场环境的工作来进行的，支持电力线、双绞线、同轴电缆等，而且抗干扰能力比较强，通过两条线来实现电力和通信的传输，可以很好满足现场环境安全防爆等安防的要求。

3.电力自动化中现场总线技术的应用

最近这些年来，随着我国经济的高速发展，许多公司和集团都在大力扩大生产和发展的规模，因而对于电力系统输变电的要求也越来越高，而35KV级输电网就成为成为了主流的输配电网架，35KV变电站也因此成为各工矿企业和工厂输配电的关键枢纽。由于建设35KV变电站所跨越的时间比较长，因此当时的自动化设备到现在来说已经非常落后，远远达不到变电站的技术管理需求。设备陈旧落后，信息传输通道不够完整，这些情况又会影响到整个电力系统的安全运行，也不利于对变电站突发事件进行快速诊断和处理。通过在电力自动化中应用现场总线技术，就可以很好的弥补传统DCS系统的缺陷和不足。具体来说，主要有以下一些方面的应用

3.1系统具有更高的准确性和可靠性

现场总线技术由于采用的是比较先进的智能化和数字化设备，因而比起传统DCS系统的模拟信号来说，具有更高的测量控制精度和更小的传送误差，再加上现在总线系统的结构比较简单、硬件数量少、设备之间的连线少以及仪表设备的内部功能更强，这就缩减了信号的传输过程，使系统的工作变得更加高效可靠。

3.2所需的硬件数量少，投资成本低

现场总线系统采取的是分布式和分散式这计安装，对于控制、传感、计算以及报警等功能，都可以通过系统设备前端的智能设备来直接进行，因此不需要单独的计算单元和控制器等设备，变送器的使用数量也有所减少。相对于采取模拟信号的DCS系统来说，也无需再进行信号的调理、转换以及隔离，因此节省了这些功能设备，并简化了设备之间的接线。同时，现场总线系统的操作站还可以直接采用工控PC机，这样就减少了很大一笔的系统硬件投资，而加上各种硬件设备少了，在建设控制室时还可以减小其占地的面积。

3.3系统安装和维护比较简便

由于现场总线的接线比起传统的DCS系统要简单的多，一条电缆或者一堆双绞线一般可以连接输个硬件设备，因此就大大减少了电缆、槽盒、桥架以及端子等电线和接线设备的使用量，也减少了校对街头和设计连线的工作量。而当要在现场总线系统上增设现场控制设备的时候，就可以就近连接在附近的电缆上，而不用再另外增加新电线。这样既可以节省设计和安装系统的工作量，也节省了材料的成本。据相关试验工程的安装成本测算，现场总线系统的安装费用要比传统DCS系统的少约60%以上。

在系统的维护方面，由于现场控制系统的控制设备自身都具有简单的故障诊断和处理能力。同时，在发生故障时，故障设备还会通过数字通讯，把相关的故障诊断及维护信息传送到控制室，便于用户进行查询以及时找出故障原因，然后采取相应措施进行处理，从而缩短系统的停工维护时间，并将故障解决在初发期，降低故障引起的损失。而同样，由于系统结构以及连线等都变得更简单了，也减小了维护的工作量和工作难度。

3.4用户对系统具有高度的集成主动权

现场总线系统还具有人性化的设计，用户可以根据自己的需求选择不同厂商提供的设备，从而集成现场总线系统，这就扩大了系统设备的选择范围，不会因为选择了某个厂商的设备而被“框死”，将系统的集成主动权完全掌握在自己手中。同时，这样也很好的解决了集成系统中接口和协议不兼容的问题。

4.结语

通过对变电站现场总线的应用分析，我们发现现场总线具有许多传统DCS所不具有的特点，它可以很好的提高电力自动化系统的精确度和可靠性、经济性，从而为企业带来更大的效益，这也适应了变电站自动化的发展趋势。而基于现场总线技术的控制系统，在将来也必定会在许多领域中得到更广泛的应用。

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作者简介：

李宜恒，1990 年4 月5日出生，就读于华中科技大学文华学院电气工程及其自动化专业，大学本科 。