現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在核電站的應(yīng)用
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4 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的應(yīng)用
4．1 T×S系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
T×S數(shù)據(jù)通信主要由SL21、SCP1兩種通信模塊完成（如圖2所示），當(dāng)安全指令在冗余通道中或在冗余通道之間進(jìn)行傳輸時(shí)，SL21負(fù)責(zé)冗余通道之間的處理模塊（SVE1）通信，SCP1用于與工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)還可以用于MSI（監(jiān)視服務(wù)界面）或Gateway與其它信息系統(tǒng)的通信。由于核電廠主要工藝設(shè)備包括反應(yīng)堆、一次回路、蒸汽發(fā)生器、二次回路、穩(wěn)壓器、水泵等。主要測(cè)量儀表包括中子通量探測(cè)、壓力變送器、差壓變送器、液位計(jì)、流量計(jì)、溫度等；另外還有大量的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等。這樣的系統(tǒng)可以采用PROFIBUS總線來完成監(jiān)控任務(wù)。我們知道現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有數(shù)字量信號(hào)、模擬量信號(hào)（4-20mA），從現(xiàn)場(chǎng)采集的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理分配單元后送到信號(hào)處理單元進(jìn)行邏輯處理，再由邏輯處理單元經(jīng)過PROFIBUS的SINEC L2 Bus傳送給四取二邏輯表決單元，因?yàn)橄到y(tǒng)采用的是冗余結(jié)構(gòu)，邏輯表決單元將表決信號(hào)經(jīng)硬接線傳送給優(yōu)先模件AV42，由優(yōu)先模件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
對(duì)于這樣的系統(tǒng)，我們可以采用遠(yuǎn)程I／O加智能DP／PA儀表的方式來實(shí)現(xiàn)，采用IP65／67防護(hù)等級(jí)的ET200X遠(yuǎn)程I／O來采集主要設(shè)備的工藝參數(shù)，IP65／67防護(hù)等級(jí)的ET2OOX直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)ET200X提供模塊化的閥門模塊和馬達(dá)模塊，通過安裝在現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)設(shè)備集中監(jiān)控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等執(zhí)行設(shè)備，再由checkback信號(hào)到優(yōu)先模件，經(jīng)過SINEC L2 Bus通訊。其他的電機(jī)可以通過SIMOCODE連接到PROFIBUS—DP。所有的儀表都通過DP或PA總線連接到系統(tǒng)中。
4．2 T×S系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計(jì)
4．2．1 PROFIBUS
PROFIBUS是標(biāo)準(zhǔn)化的獨(dú)立用戶的總線系統(tǒng)，用于底層的通信。所用技術(shù)適用于大多數(shù)通信設(shè)備。根據(jù)不同的要求，PROFIBUS具有不同的協(xié)議內(nèi)容。T×S 中采用PRCIFIBUSFDL，主要原因是T×S的四通道冗余要求所有信號(hào)的獨(dú)立性和多樣化，同時(shí)能夠使得協(xié)議簡單化。
4．2．2 Gateway的軟件設(shè)計(jì)
TXS系統(tǒng)中主要的通信軟件都在Gateway上運(yùn)行（如圖3所示），在Gateway中TXS的輸出程序周期性的執(zhí)行，并在緩沖區(qū)中存儲(chǔ)來自MSI信號(hào)，這些信號(hào)可借助數(shù)據(jù)庫的一些功能被讀出。運(yùn)行周期由實(shí)時(shí)環(huán)境控制，實(shí)時(shí)環(huán)境運(yùn)用DLPI數(shù)據(jù)庫的一些功能和TXS系統(tǒng)進(jìn)行通信。TXS輸出程序不占用全部Gateway的計(jì)算時(shí)間，有一部分的計(jì)算時(shí)間是用于轉(zhuǎn)換程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)換程序?qū)XS的信號(hào)轉(zhuǎn)換成TXP的數(shù)據(jù)格式，以便相關(guān)設(shè)備調(diào)用。
轉(zhuǎn)換程序的同步任務(wù)要求轉(zhuǎn)換程序和TXS的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境同步（即在同一周期中運(yùn)行），并利用DLPI數(shù)據(jù)庫獲取過程數(shù)據(jù)或把操作信息傳輸至相應(yīng)的系統(tǒng)。過程數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在緩沖器（PI bufer）中，這個(gè)緩沖器也用于儲(chǔ)存來自TXP的操縱員指令或過程信號(hào)，并且還進(jìn)行信息列的管理?？刂票恚–ontrol Table）用于 定義數(shù)據(jù)在PI緩沖器中的存儲(chǔ)區(qū)域，通過一些指令翻譯器可將控制表讀出。轉(zhuǎn)換程序的非同步任務(wù)是指和TXS系統(tǒng)不同步。主要完成PI緩沖器中的數(shù)據(jù)向過程數(shù)據(jù)塊的發(fā)送，或過程數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)向PI緩沖器的發(fā)送。這種過程數(shù)據(jù)塊的發(fā)送和接收是根據(jù)非同步任務(wù)請(qǐng)求來進(jìn)行的。
5 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景
電力行業(yè)是一個(gè)自動(dòng)化程度非常高的行業(yè)，如主機(jī)DCS系統(tǒng)、核安全儀控系統(tǒng)以及主要輔機(jī)程控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都存在可靠性要求高、監(jiān)控設(shè)備和對(duì)象多而復(fù)雜、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)。特別是主機(jī)DCS 系統(tǒng)，涉及數(shù)百臺(tái)壓力和差壓變送器，數(shù)百臺(tái)電動(dòng)或啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，數(shù)百個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)要進(jìn)行復(fù)雜的閉環(huán)控制、串級(jí)控制、三沖量控制、比率控制，要進(jìn)行設(shè)備連鎖控制，要進(jìn)行復(fù)雜的反應(yīng)堆停堆、APC、中子通量控制。所有這些都需要有高可靠性的控制系統(tǒng)來保證整個(gè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
目前制約基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)在電廠應(yīng)用主要問題包括以下幾個(gè)方面：①支持現(xiàn)場(chǎng)總線的智能設(shè)備造成初期投資的提高；②有些設(shè)備和儀表不帶總線接口；⑧哪些設(shè)備、儀表信息可以傳送；④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何變化，如何構(gòu)筑一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)；⑤通訊是否可靠；⑥設(shè)備選型的局限性。
對(duì)于新建核電廠，選用帶總線接口的儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器、智能馬達(dá)控制器、閥門定位器等的條件已經(jīng)成熟，因?yàn)楹芏嘀膬x表、設(shè)備制造商如：SIEMENS、ABB、EMERSON等都可以提供多種可供選擇的成熟的帶總線接口的系統(tǒng)和設(shè)備，而且價(jià)格也越來越與常規(guī)智能設(shè)備接近。而且基于HART協(xié)議連接變送器的結(jié)構(gòu)已經(jīng)在很多電廠獲得應(yīng)用，在集中校驗(yàn)、提高采集精度等方面取得用戶的好評(píng)。而現(xiàn)場(chǎng)總線是比HART協(xié)議更全面的總線，因此具有更好的應(yīng)用前景。在新建電廠的DCS、FGD DCS和輔機(jī)程控系統(tǒng)都可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，并且已經(jīng)有很多非常成功的應(yīng)用。
對(duì)于老核電廠的改造系統(tǒng)，由于大量采用非智能儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 全面更換、更新可能性很小，對(duì)于這樣的系統(tǒng)，PROFIBUS也可以提供很好的解決方案?？梢圆捎眠h(yuǎn)程I／O的方式，通過常規(guī)I／O模塊采集非智能儀表的信號(hào)，然后通過PROFIBUS—DP總線連接到中央控制器。儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以按設(shè)備生命周期逐批更換。
6 結(jié)束語
PROFIBUS總線在國內(nèi)電力系統(tǒng)中也有很多應(yīng)用，如江蘇連云港田灣核電站全數(shù)字化儀控采用PROFIBUS總線，夏港電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，韓峰電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線， 浙江秦山一期正在改造為T×S系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，山東萊程電廠DCS系統(tǒng)以及華能玉環(huán)電廠主廠房外補(bǔ)給水系統(tǒng)均采用了PROFIBUS—DP總線結(jié)構(gòu)。
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評(píng)論