0 引言

按照國際電工委員會IEC／SC65C的定義，安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場設備與控制室內的自控裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。以現(xiàn)場為基礎形成的網絡集成式全分布控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。由于它適應了控制系統(tǒng)向分散化、網絡化、智能化發(fā)展的方向，給自動化系統(tǒng)的最終用戶帶來了更大的實惠和方便。自其出現(xiàn)之日起就受到廣泛關注，迅速成為世界范圍內控制技術的熱點，并促使目前生產的自動化儀表、PLC、DCS產品面臨體系結構、功能等方面的重大改變，導致自動化產品又一次面臨更新?lián)Q代。自20世紀80年代中期提出現(xiàn)場總線概念以來，國外各大知名公司已相繼開發(fā)了數(shù)十種現(xiàn)場總線產品，如FF、Profibus、WorldFIP、ControlNet、InterBus、P-net、SwiftNet、CAN等，并成功地應用在石油、汽車等不同的生產領域，取得了良好的經濟效益，推動了控制技術的不斷發(fā)展。

隨著國家電力體制改革的深入，實行廠網分開、競價上網的政策，電廠為提高經濟效益，增強競爭力，需要進行生產經營的整體優(yōu)化，把生產過程、企業(yè)管理、市場營銷等各個環(huán)節(jié)組織為一個系統(tǒng)，從全局角度制定各功能層次的實施策略，實現(xiàn)一體化目標下的綜合自動化。長期以來，困擾這一發(fā)展的主要問題是工業(yè)自動化“信息孤島”問題。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，徹底打破了這么多年來從未解決的格局，它為控制網絡與以傳輸信息和資源共享為主的信息網絡的連接提供了方便，為電廠構建管控一體化的綜合自動化系統(tǒng)鋪平了道路。

1 基于現(xiàn)場總線的電廠綜合自動化系統(tǒng)構成

不同廠家的產品在系統(tǒng)構成上各有不同之處。電廠熱工控制系統(tǒng)中所使用的儀表設備、連接方式和通信協(xié)議的不同，給系統(tǒng)的兼容性、可擴展性、穩(wěn)定性、維護等帶來了很大的困難。為了使現(xiàn)場總線具有開放性，便于用戶選擇不同的產品，我們按照國際電工委員會（IEC）制定的IEC61158國際標準，提出了基于現(xiàn)場總線的電廠綜合自動化系統(tǒng)體系結構，如圖1所示。

從圖1可以看出，此系統(tǒng)體系結構分為3層，從低到高分別為現(xiàn)場控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層。

1.1 現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層由現(xiàn)場設備和控制網絡段組成。H1層網絡是在FF現(xiàn)場總線的H1層基礎上定義的低速現(xiàn)場級網絡，低速總線H1支持點對點連接、總線型、菊花鏈型、樹型拓撲結構，主要用于連接現(xiàn)場智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執(zhí)行機構等。H1采用IEC1158-2的數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼傳輸數(shù)據(jù)協(xié)議，通信速率為31.25kbps（電壓式）。H1采用屏蔽電纜，網絡結構采用線型或樹型，或者兩種組合型結構。與H1相連的現(xiàn)場智能儀表需要24V直流電源時，可通過屏蔽電纜線提供，也可單獨提供。

1.2 監(jiān)控層

監(jiān)控層由高速以太網（H2總線）以及連接在總線上的擔任監(jiān)控作務的工作站或顯示操作站組成。H2層網絡屬于現(xiàn)場總線的高速現(xiàn)場級網絡，主要用于連接現(xiàn)場智能設備（PLC、遠程I／O、電動門、變頻器等）、操作員站、工程師站等設備，完成監(jiān)控級的通信任務和比較復雜的控制策略。運行人員通過操作員站實現(xiàn)工藝過程參數(shù)、狀態(tài)的監(jiān)視，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。工程師站完成控制器、現(xiàn)場智能儀表／設備功能塊編制和參數(shù)設定及修改等。

1.3 企業(yè)管理層

企業(yè)管理層由各種服務器和客戶機組成。其主要目的是在分布式網絡環(huán)境下集成企業(yè)的各種信息，實現(xiàn)與Internet的連接，完成管理、決策和商務應用的各種功能。首先要將監(jiān)控層實時數(shù)據(jù)庫中的信息轉入上層的關系數(shù)據(jù)庫中，這樣管理層用戶就能隨時查詢網絡運行狀態(tài)以及現(xiàn)場設備的工況，對生產過程進行實時的遠程監(jiān)控。賦予一定的權限后，還可以在線修改各種設備參數(shù)和運行參數(shù)，從而在企業(yè)網范圍內實現(xiàn)底層測控信息的實時傳遞。