數(shù)字化電廠架構及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計

目前，我國火電廠廠級和機組（車間）級已實現(xiàn)了數(shù)字化，但現(xiàn)場控制設備級大部分尚未實現(xiàn)數(shù)字化，這已成為現(xiàn)場總線技術需要解決的難題。建設數(shù)字化電廠的目的是使發(fā)電廠在整個服役期經(jīng)濟效益最大化。數(shù)字化電廠結構模型可劃分為 3 層（直接控制層、管控一體化層、管理決策層）和 2 個支持系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡支持系統(tǒng)），它們分別交叉和納人在 DCS （包括 FCS ）、電站仿真系統(tǒng) ( SIMU ）、火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、管理信息系統(tǒng)（ MIS ）及決策支持系統(tǒng)（ DSS ）中。

一、數(shù)字化電廠的基礎條件

　　(1) MIS 是建設數(shù)字化電廠的關鍵系統(tǒng)，主要為全廠運營、生產(chǎn)和管理服務，完成設備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營管理（包含電力市場報價子系統(tǒng)）、財務管理等功能。 MIS 具有 2 個層次的功能：自動傳遞和匯集數(shù)據(jù)；以成本核算和資源集成為出發(fā)點，對管理數(shù)據(jù)進行加工、整理、發(fā)掘和分析。

　　(2) SIS為 MIS 的生產(chǎn)過程管理功能模塊。 SIS既是發(fā)電廠建立全廠生產(chǎn)過程實時／歷史數(shù)據(jù)庫的平臺，也是為全廠生產(chǎn)過程優(yōu)化服務的實時生產(chǎn)過程監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)。SIS一端是控制系統(tǒng)（ DCS / PLC / 機組仿真系統(tǒng)），另一端是 MIS ，其應用模塊主要有實時數(shù)據(jù)分析與處理模塊、性能計算與能損分析模塊、工況分析模塊、運行故障診斷模塊、吹灰優(yōu)化模塊、參數(shù)劣化分析模塊、機組負荷優(yōu)化分配模塊及機組運行狀態(tài)評估模塊。

　　SIS對實時性要求較高，其實時信息取自 DCSO由于 DCS 采用的模擬量、開關量、數(shù)字信號為混合系統(tǒng)信號制，而且為單向，不具有將設備狀態(tài)的實時信息上傳至控制器的功能，從而使SIS無法獲得這些信息，成為SIS進一步提高功效的瓶頸。

　　(3) FCS 應用于電廠機組級控制，其采用全數(shù)字、雙向通信的現(xiàn)場總線信號制，解決了智能現(xiàn)場儀表與智能控制室儀表之間的非智能連接問題，為建設數(shù)字化電廠提供了基礎條件。

二、FCS的設計

　　(1) 現(xiàn)場總線標準2000 年4月公布的國際現(xiàn)場總線標準 IEC61158 包括了 10 種類型，其中基金會現(xiàn)場總線（FF）和過程現(xiàn)場總線（Profibus）在過程控制領域有較廣泛的應用，F(xiàn)F 較適合模擬量控制，Profibus 較適合開關量控制。

　　(2)重要控制與安全回路現(xiàn)場總線技術在國內(nèi)大型機組的主控制系統(tǒng)上應用還處于起步階段，為了保證機組安全穩(wěn)定運行，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)(ETS）、給水泵汽輪機電液控制系統(tǒng)（MEH）和給水泵汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（METS）等不采用現(xiàn)場總線控制方式。

　　(3)電動機控制 部分380V、6kV電動機采用現(xiàn)場總線控制方式。

　　(4)DCS為基本系統(tǒng) 由于有些DCS可與FCS無縫連接，因此采用以DCS為基礎利用 FCS 的信息處理、設備診斷和設備管理軟件進行設備級控制的系統(tǒng)結構。