PROFIBUS現(xiàn)場總線在寧海電廠中應用

一、引言

進入二十世紀九十年代以后，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS—Fieldbus Control System）走向?qū)嵱没?，目前已成為自動化技術中的一個熱點。隨著電力建設的迅速開展，以及現(xiàn)場總線技術和產(chǎn)品的成熟，在新建和改造電站工程中引入現(xiàn)場總線技術和相關產(chǎn)品的呼聲越來越高。經(jīng)過數(shù)年的爭論和實踐，當初“DCS必然被現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)完全代替而消亡”的斷論，逐漸被一種更理性和寬容的觀點所補正，現(xiàn)在一般認為：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)并不能在所有的地方都能發(fā)揮它的優(yōu)勢，尤其是在發(fā)電廠這樣一些測點和現(xiàn)場裝置密集、控制邏輯復雜的領域，一段時間內(nèi)將存在著傳統(tǒng)DCS、數(shù)字網(wǎng)絡通訊技術和現(xiàn)場總線等多種技術的復合應用局面。但是，推廣應用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場設備級的數(shù)字化是實現(xiàn)火電廠全面數(shù)字化的關鍵一步，國內(nèi)外已有一些電廠進行了應用。本文以浙江國華寧海電廠一期工程為例，介紹現(xiàn)場總線技術在國產(chǎn)600MW機組上的應用嘗試。

二、PROFIBUS及在電廠的應用

（一）PROFIBUS總線技術

PROFIBUS是德國于90年代初制訂的國家工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議標準，代號DTN19245，目前是IEC 61158國際標準中的Type3部分。PROFIBUS網(wǎng)絡協(xié)議以ISO的OSI七層參考模型為基礎，對第三層到第六層進行了簡化。在TEC61158中Type3的第一部分定義了PROFIBUS的物量層和鏈路層協(xié)議，物理接口采用EIA RS-485標準，網(wǎng)絡拓撲為線性總線兩端加終端電阻，采用sub-D9 芯網(wǎng)絡接口插頭。在鏈路層采用混合介質(zhì)存取方式，主站間按令牌環(huán)方式，主站和從站間按主從方式工作。主從站最多127個，每段最多32站，段間采用中繼器連接，最大傳輸距離1200m。

根據(jù)總線結(jié)構與實現(xiàn)任務的不同，PROFIBUS系列分為PROFIBUSDP、PROFIBUSPA 、PROFIBUSFMS三個兼容部分。分別在IEC61158中Type3的第二、第三、第四部分進行定義。其中第二部分定義了應用層協(xié)義，稱為PROFIBUS-FMS，它提供強有力的通信功能。第三部分定義了DP協(xié)議，用于分散外設間的高速數(shù)據(jù)傳輸，是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速通信連接，專為自動控制系統(tǒng)與設備級分散I/O之間通信設計的，其傳輸速率可達12Mbit/s。第四部分為PA協(xié)議，用于安全性較高的場合。

PROFIBUS上連接著的每一總線設備在用戶接口中存在著GSD（設備性能描述文件），用于描述設備所具有的不同性能特征，包括如I/O數(shù)量、診斷信息以及總線參數(shù)等，以達到即插即用。

與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS經(jīng)實際應用驗證具有普遍性。市場調(diào)查確認，在德國和歐洲市場中PROFIBUS占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場份額超過40%。不久前PROFIBUS國際組織宣布，截止2003年底，工廠和過程自動化應用系統(tǒng)所安裝的PROFIBUS設備已經(jīng)歷史性地突破了一千萬套，比其它任何現(xiàn)場總線解決方案都高出許多。

（二） PROFIBUS在電廠的應用

早在九十年代末，就有報道現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)就已經(jīng)在美國、墨西哥、巴西等國家的電廠中得到應用。西門子作為全球工業(yè)自動化領域的供貨商，在電站自動化設備方面一直致力于支持ROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議的技術和設備的開發(fā)，其產(chǎn)品和解決方案幾乎應用于所有工業(yè)行業(yè)當作。其它眾多電力設備廠商也提供了對PROFIBUS的支持。在國內(nèi)，PROFIBUS技術從2000年開始已成功應用于電站的輔機程控中，例如在四川廠安電廠輔機控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場設備的控制全部采用了PROFIBUS技術，得到了用戶的高度評價[1]。在連云港新海發(fā)電廠在200 MW 12號機組的DCS改造工程中，采用了南京西門子公司的DCS，增加 PROFIBUS-DP接口，直接控制現(xiàn)場設備，也并取得成功[2]。

三、寧電工程分散控制系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)概貌

浙江國華寧海發(fā)電廠一期工程建設四臺亞臨界600MW燃煤發(fā)電機組，三大主機由上海電氣集團提供。采用四機一控的集控方案，DCS采用南京西門子電站自動化有限公司的Teleperm-XP系統(tǒng)，該系統(tǒng)在國內(nèi)已有多套投入運行。系統(tǒng)采用電廠總線、終端總線兩級總線結(jié)構，通信介質(zhì)為光纖。分為3個信息級：

1．自動控制級，自動控制單元AS620掛于電廠總線工業(yè)以太網(wǎng)上，用以實現(xiàn)過程任務的控制；

2．過程級，包括組控制和單獨控制,信息處理單元（PU）和信息服務單元（SU）位于電廠總線與終端總線之間，用以處理、協(xié)調(diào)和儲存來自底層的自動控制級及上層操作員級的信息；