融入現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的DCS在火電廠(chǎng)的應用研究

全數字化控制是火電廠(chǎng)過(guò)程控制系統的發(fā)展方向,而采用全數字式信號的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)則是實(shí)現數字化電廠(chǎng)的基礎。新型控制系統以DCS為主體，采用智能化儀表和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)相結合的方式，實(shí)現現設備層的數字化，提高系統的開(kāi)放性和易擴展性。

現場(chǎng)總線(xiàn)是用于現場(chǎng)智能設備與自動(dòng)化控制系統之間的開(kāi)放、全數字式、雙向、多站點(diǎn)的通訊系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)存在多種國際標準，國際電工協(xié)會(huì )在2000年發(fā)布的現場(chǎng)總線(xiàn)標準IEC61158第1版中通過(guò)了8種現場(chǎng)總線(xiàn)的國際標準，在2007年發(fā)布的IEC61158第4版中，定義了20種現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準 (表 1)。

2006年10月16日，中國國家標準化管理委員會(huì )審查通過(guò)了由全國工業(yè)過(guò)程測量和控制標準技術(shù)委員會(huì )(TC124)組織相關(guān)單位共同定制的 GB/T20540-2006((IEC-61158TYPE3-Profibus規范》，至此Profibus成為中國首個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)國家標準.以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為基礎的控制系統被稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)。

1.FCS165控制系統

FCS165控制系統是國產(chǎn)新型自動(dòng)化控制系統，以DCS為主體，融人了Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。華能秦嶺電廠(chǎng)超臨界2X660MW空冷機組和輔機控制系統均由 FCS165控制系統構成。該控制系統包括DCS和Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)2個(gè)部分，可采用3種組合模式：DCS與Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)合并在1個(gè)控制站內、單獨采用DCS及單獨采用Profibus。這3種模式均能夠滿(mǎn)足電廠(chǎng)不同控制系統的要求。

在單元機組控制系統設計中，將A?F制粉、B氫油水等其它系統設計為DCS與Profibus合并模式;對于爐膛安全監控系統(FSSS)的公用部分、給水泵汽輪機電液控制系統(MEH)、數字式電液控制系統(DEH)、電氣控制系統、公用控制系統(電氣及汽輪機公用部分)等采用單獨DCS模式。輔機FCS165控制系統主要采用單獨Profibus模式，并配合采用DCS與Profibus合并模式。為了獲得最大的Profibus節點(diǎn)的使用率，未設計單獨采用DCS模式。

采用DCS與Profibus合并模式的FCS165控制系統具有3層設備、2層網(wǎng)絡(luò )，即3+2結構。對于DCS，位于上層的設備有操作員站、工程師站、歷史站等.中間層為分布式控制中心(專(zhuān)用控制器FCP01),底層為各種常規模擬量及開(kāi)關(guān)量模件單元。DCS的上層網(wǎng)絡(luò )是控制中心與人機界面之間的管理網(wǎng)絡(luò )，為以太網(wǎng);DCS的下層網(wǎng)絡(luò )為I/O模件與控制器之間的控制網(wǎng)絡(luò )，為CAN網(wǎng)絡(luò )。對于Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)，上層設備與DCS上層設備相同，中間層設備除了專(zhuān)用控制器FCP01外，還包括Profibus-DP通訊主站FPB01,底層為支持Profibus協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)智能設備(變送器、執行器和各種分布式I/O設備等)。Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)的上層網(wǎng)絡(luò )與DCS上層網(wǎng)絡(luò )相同，為以太網(wǎng);Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)的下層網(wǎng)絡(luò )是現場(chǎng)總線(xiàn)智能設備與通訊主站之間的控制網(wǎng)絡(luò )，為Profibus網(wǎng)絡(luò )。FCS165控制系統DCS與Profibus3+2結構及其對比見(jiàn)圖1、表2.

2設計和施工技術(shù)

(1)冗余通訊主站Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)通訊主站與控制器通過(guò)并行總線(xiàn)交換數據，采用1：1冗余配置。根據實(shí)際需要1個(gè)控制站可以配置1?3對冗余通汛主站。

(2)冗余DP網(wǎng)絡(luò )對于具備冗余通訊接口的Profibus-DP從站(電動(dòng)閥、電動(dòng)機控制保護單元等)，設計冗余Profibus-DP網(wǎng)絡(luò )采用2種方式:

1)1對冗余通訊主站串行連接2個(gè)冗余Profibus-DP從站(快速冗余方式)，該方式為站節點(diǎn)冗余，通訊網(wǎng)絡(luò )不冗余;

2)2對冗余通訊主站分別連接2個(gè)冗余Profibus-DP從站，設計為主站4冗余方式，可達到通訊線(xiàn)路和站節點(diǎn)的綜合冗余?？筛鶕O備對機組運行的重要性選用以上2種冗余設計。

(3)從站兼容性測試為了提高現場(chǎng)總線(xiàn)設備投運的成功率，必須對選用的從站設備在使用前進(jìn)行兼容性測試。將設備掛接到總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，并與FCS165 的通訊主站進(jìn)行通信測試，完成邏輯組態(tài)，根據在線(xiàn)測試周期和非周期數據的傳輸和接收情況，確定設備是否滿(mǎn)足使用要求，以保證現場(chǎng)對控制系統調試的成功率。

(4)網(wǎng)段上從站數量Profibus-DP從站輸人/輸出的數據量取決于設備類(lèi)型，通信協(xié)議允許1個(gè)Profibus-DP從站的輸人/輸出數據量最大為244Byte;實(shí)驗室驗證1個(gè)網(wǎng)段上包括主、從設備帶有中繼器最多站點(diǎn)數為67個(gè)，不帶有中繼器最多站點(diǎn)數小于32個(gè)。實(shí)際設計中1個(gè)網(wǎng)段配置的 Profibus-DP和Profibus-PA從站不超過(guò)20臺.

(5>從站地址分配在組態(tài)過(guò)程中，按照1個(gè)網(wǎng)段下站節點(diǎn)地址不重復的原則，分配各站節點(diǎn)地址。126個(gè)站節點(diǎn)地址通常分配為：“0”代表維護系統用設備;“1?3”代表主站;“4?125”代表從站;“126”預留給將要接人總線(xiàn)的新設備。在安裝前必須按照設計地址正確設置每臺從站，以避免在默認地址狀態(tài)下上電時(shí)造成從站地址沖突，尤其應避免與 Pro-fibus-PA從站的地址沖突。

(6)從站組態(tài)從站必須與組態(tài)中的模塊保持一致。在使用二類(lèi)主站對一類(lèi)主站和從站進(jìn)行組態(tài)時(shí)，對于一些需要就地設置參數的從站，在組態(tài)軟件中選擇從站對應的模塊后必須確認就地從站選擇的模塊與組態(tài)軟件選擇的模塊相同。

(7)Profibus-DP電纜連接采用DB9歐式插針連接器與Profibus-DP電纜連接時(shí)，必須在接線(xiàn)槽內將A導線(xiàn)和B導線(xiàn)位置放置正確，且一定要在槽內留有足夠的導線(xiàn)長(cháng)度，使槽內的V型接線(xiàn)柱與導線(xiàn)完全接觸;1條總線(xiàn)的每個(gè)末端連接器都必須使用incoming端連接 Profibus-DP 電纜;直接采用壓線(xiàn)端子與Profibus-DP電纜連接時(shí)必須保證A導線(xiàn)和B導線(xiàn)與設備端子一一對應;由于設備上的A導線(xiàn)與B導線(xiàn)接線(xiàn)端子緊密相鄰,因此不能使導線(xiàn)裸露在電纜保護層外的銅線(xiàn)頭過(guò)長(cháng)，否則易導致短路。

(8)Profibus-PA電纜連接采用Profibus- PA接線(xiàn)盒連接時(shí)，主干路的A導線(xiàn)和B導線(xiàn)必須和Profibus-DP/PA耦合器上的P—和P+端保持一致，分支的A導線(xiàn)和B導線(xiàn)一定要與主干路保持一致，并且決不能將A導線(xiàn)或B導線(xiàn)與地線(xiàn)S端連接;將1條總線(xiàn)中間段的Profibus-PA接線(xiàn)盒終端電阻跳線(xiàn)置于off位置，將最末端的 Profibus-PA接線(xiàn)盒終端電阻跳線(xiàn)置于on位置。