現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用和前景

控制系統(tǒng)是法國CEGELCE公司提供的、20世紀90年代中期開發(fā)推出的ALSPA P320控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了機組的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、閉環(huán)控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）與燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）等主要功能。汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）采用法國GEC ALSTOM STG公司提供的MICROREC控制系統(tǒng)。　

ALSPA P320控制系統(tǒng)各部分通過標準網(wǎng)絡(luò)來相互通信，與其他控制部件可以方便地進行通信。ALSPA P320有三大網(wǎng)絡(luò):
LOCAFIP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（WorldIP），采用FIP標準（UTEC64＋601607），用于鏈接輸入輸出模板到P320的C370控制器。
F900數(shù)據(jù)總線（WordlFIP），用于C370控制器之間的數(shù)據(jù)交換和C370控制器與CENTRALOG通信。F900是一種快速的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，基于IEEE的FIP標準（UTEC64＋601607）的工業(yè)局域網(wǎng)。
CONTRONET控制網(wǎng)使用以太網(wǎng)技術(shù)，用于集中控制層CENTRALOG數(shù)據(jù)庫與操作員工作站之間的數(shù)據(jù)交換。CONTRONET遵照IEEE803.3局域網(wǎng)標準
通過INTERENT標準協(xié)議，P320可進行長距離通信，進行遠程維護和大型電網(wǎng)控制。
例2：陜西省楊凌燃機熱電廠位于陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，采用德國Siemens公司生產(chǎn)的遵循Profibus現(xiàn)場總線協(xié)議的Simatic PCS7控制系統(tǒng)作為機、爐、電的集中控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)配置圖如圖2所示。


該系統(tǒng)共配置3對冗余CPU－41H控制器。每一對冗余控制器均通過冗余的現(xiàn)場總線Profibus－DP（最新數(shù)據(jù)傳輸速率可達12Mbit/s）帶一定數(shù)量的遠程I/O擴展機架ET200M及I/O模件。由遠程I/O擴展機架和模件組成的遠程I/O站均放置于現(xiàn)場附近，通過Profibus－DP總線與放置在主控樓的冗余控制器通信。
該系統(tǒng)共配置32個ET200M遠程機架，按工藝流程分成8個遠程I/O站，放置在全廠8個不同位置，最遠的一個遠程I/O站——深井泵房遠程I/O站距主廠區(qū)3.4?km左右，其他的遠程I/O站間距離在200?m以內(nèi)?？刂破髋c各遠程I/O站間的通信是通過Profibus-DP現(xiàn)場總線完成的，主廠區(qū)內(nèi)Profibus-DP現(xiàn)場總線傳輸介質(zhì)為雙絞線，深井泵房遠程I/O站與主廠區(qū)間的?數(shù)據(jù)通信采用光纖作為傳輸介質(zhì)，兩端?通過光電轉(zhuǎn)?換接口，與Profibus-DP現(xiàn)場總線相接。　
由于使用了Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，現(xiàn)場布置I/O機柜，實現(xiàn)了對燃機外圍設(shè)備、余熱鍋爐、汽機輔機、循環(huán)水泵房、綜合水泵房、深井泵房、廠用電氣系統(tǒng)、110?kV升壓站等系統(tǒng)與主控環(huán)的服務(wù)器進行雙向數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了全廠各系統(tǒng)的集中監(jiān)控。自動系統(tǒng)投入率達到100％，2001年8月系統(tǒng)投入商業(yè)運營。
例3：四川廣安電廠，采用遵循Profibus現(xiàn)場總線協(xié)議的L2-DP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，成功地將鍋爐補給水控制系統(tǒng)與凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)控制等輔助車間控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，提高了火電廠輔助車間控制的勞動生產(chǎn)率及系統(tǒng)可靠性。
3　FCS在火電廠局部應(yīng)用效果
首先明確FCS的3個關(guān)鍵要點：
（1） 核心：FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標準。也就是說，只有遵循現(xiàn)場總線協(xié)議的控制系統(tǒng)，才能稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
（2） 基礎(chǔ)：FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐。
（3） 本質(zhì)：FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。這是FCS系統(tǒng)效能的體現(xiàn)。
再來分析前面提到的火電廠應(yīng)用FCS的幾個例子。
在例1中，華能珞璜電廠的ALSPA 320控制系統(tǒng)，它的Loca Fip網(wǎng)絡(luò)與F900網(wǎng)絡(luò)均遵循WorldFip現(xiàn)場總線的總線協(xié)議，CONTRONET控制網(wǎng)采用以太網(wǎng)技術(shù)。這是一個非常典型的現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)。
在例2中，楊凌燃機熱電廠的Simaeic PCS7控制系統(tǒng)，控制器與各遠程I/O間的通信是通過Profibus-DP現(xiàn)場總線來完成?？刂破髋c控制器之間、控制器與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信是通過冗余的環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)來完成。
上述兩例子中，在通信網(wǎng)絡(luò)方面均遵循現(xiàn)場總線協(xié)議，即都含有做為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心部分，但另一個共同特點是都沒有采用數(shù)字智能現(xiàn)場裝置，仍采用模擬量的測量元件和執(zhí)行機構(gòu)，不具備現(xiàn)場控制功能。失去了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件支撐，信息處理現(xiàn)場化就不能實現(xiàn)，也就是說現(xiàn)場總線的突出特點——降低系統(tǒng)投資成本、減少運行費用和提高運行和管理水平等，未能充分發(fā)揮出來。?
例3則是目前現(xiàn)場總線在火電廠局部應(yīng)用中的一個成功典型。
4　FCS在火電廠的應(yīng)用前景
（1） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前最新型的控制系統(tǒng)，它是一種全計算機、全數(shù)字、雙向通信的新型控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線技術(shù)給自動化領(lǐng)域帶來了一場革命，代表了自動化的發(fā)展方向。數(shù)字通信是一種趨勢，也是技術(shù)發(fā)展的必然。從理論上講，雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制技術(shù)必將會給火電廠安全經(jīng)濟運行及提高管理水平帶來實實在在的效益。這是過去在電站中使用過的任何控制系統(tǒng)所無法與之相比擬的。
（2） 作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心部分——總線協(xié)議，已經(jīng)在火電廠控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中成功運行，這不僅消除了人們以前存有的許多疑團，也為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
（3） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，在以順序控制為主，以PLC（可編程邏輯控制器）為硬件的火電廠輔助車間控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制中，可以發(fā)揮最大效益（見例3）。PLC作為一個站掛在高速總線上，充分發(fā)揮PLC在處理開關(guān)量方向的優(yōu)勢?，F(xiàn)場總線在該領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得成功，這將是今后一段時間內(nèi)火電廠輔助車間適度集中控制方針得以實現(xiàn)的一種優(yōu)選方案。

（4） 由于目前能滿足火電廠控制要求的數(shù)字式智能現(xiàn)場裝置的品種還很少，理論上的現(xiàn)場總線效益還不能充分發(fā)揮。因此，在大型機組上全面采用典型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的時機尚未成熟。
（5） 目前，像例1、例2的控制系統(tǒng)不失是一種向FCS過渡性的控制系統(tǒng)，它既保留了DCS系統(tǒng)中功能很強的控制器及I/O模件，同時在通信網(wǎng)絡(luò)又遵循現(xiàn)場總線協(xié)議。我們將該系統(tǒng)稱之為在通信和數(shù)據(jù)傳輸方向遵循現(xiàn)場總線協(xié)議的數(shù)字式分散控制系統(tǒng)，暫稱該系統(tǒng)為FDCS。
5　參考文獻?
[1]　周明.現(xiàn)場總線控制. 北京：中國電力出版社，2002.