现场总线技术在开关领域的发展与展望.docx

现场总线技术在开关领域的发展与展望 一、现场总线技术发展的背景 随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展。信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展、引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理， 降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性，引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了电气自动控制领域的一场革命。 二、现场总线技术在国内外发展的现状 目前，国内、外的现场总线有60几种之多，由于这一新技术所具有的潜在而巨大的市场前景，在商业利益的驱动下，导致了近年来制订现场总线国际标准大战。在市场和技术发展需要统一的国际标准的呼声下，修改后的IEC 61158.3～6标准最终于2000年1月4日获得通过。该标准包括了8种类型的现场总线子集，它们分别是：基金会现场总线FF（原有的技术规范IEC 61158）；Control Net；Profibus；P—Net；FF HSE；Swift Net；Word FIP；Intferbus。这8种现场总线中，P—Net、Swift Net是用于有限领域的专用现场总线；Control Net、Profibus、Word FIP、Intferbus是由PLC为基础的控制系统发展而来，本质上以远程I/O总线技术为基础，通常不具备通过总线向现场设备供电和本征安全性能；基金会现场总线FF、FF HSE则由传统DCS控制系统发展而来，具有总线供电和本征安全功能；基金会现场总线FF、Intferbus属于现场设备级总线，Control Net、FF HSE属于监控级现场总线；Profibus、Word FIP则是包括两个层次的现场总线。以上8种类型的现场总线采用完全不同的通信协议，例如：Profibus采用的是令牌环和主/从站方式；FFHSE是CSMA/CD方式；WordFIP是总线裁决方式。因此，要这8种现场总线实现相互兼容和互操作几无可能。面对这种多总线并存的局面，系统集成将面临更为复杂的任务，系统集成技术也将会有很大的发展。 长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛的网络技术，在IT领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来。为了促进Ethernet在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。此外，开发设备网供应商协会（ODVA）已经发布了在工厂现场使用以太网的全球性标准——以太网/IP标准。该标准使用户在采用开放的工业应用层网络的同时，能利用可买到的现成的以太网物理介质和组件，也即由多个供应商所提供的可互操作的以太网产品。随着网络技术的发展，以太网应用于工业领域所要面对的网络可确定性问题、环境适应性问题、包括总线供电和本征安全问题都会迅速得到解决。 三、现场总线技术在开关电器智能化领域的应用 近十年来，信息技术的飞速发展，带动工业现场总线产品技术极大提高。从工业现场总线的概念来说，其覆盖的领域极广，包括上层的计算机管理系统、控制系统、工业机器人、工业现场执行机构和传感器等。现场总线是连接智能化现场设备和控制室之间全数字化、开放的双向局部通信网络。现场总线在高压开关设备中的应用是伴随着智能化高压电器的发展而发展。高压电器智能化是指高压电器能实现人工智能的过程，即高压电器设备首先应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能，其次具有对获取信息的处理及对处理结果判断能力，最后还具有对处理结果的再生信息的实施及有效的操作实施功能。高压电器设备，要实现这些智能化的功能就需要现场总线进行通信。 （1）、现场总线技术在智能化高压开关设备中应用　 　 　高压开关设备的智能化不仅可以进行在线检测，运行状态监视、控制和保护以及趋势分析和判断，而且需要进行智能化操作（可控操作）。当前对高压断路器在线检测主要有以下几项内容： 1） SF6气体参数（压力，密度，水分）； 2） 操作机构系统； 3） 脱扣器和脱扣回路； 4） 控制和辅助回路； 5） 动力传动系统。 通过这些检测，技术人员可以发现90%以上的故障。 高压开关设备主要是气体绝缘金属封闭式组合电器（GIS），对于GIS的诊断，主要有以下三项内容： 1） 检测电弧放电，用光电检测器确定电弧在气室的确切位置； 2） 监视SF6气体，用传感器监视温度、压力和密度，及时掌握气体状态；