融入現(xiàn)場總線技術的DCS在火電廠的應用研究

全數(shù)字化控制是火電廠過程控制系統(tǒng)的發(fā)展方向,而采用全數(shù)字式信號的現(xiàn)場總線技術則是實現(xiàn)數(shù)字化電廠的基礎。新型控制系統(tǒng)以DCS為主體，采用智能化儀表和現(xiàn)場總線技術相結合的方式，實現(xiàn)現(xiàn)設備層的數(shù)字化，提高系統(tǒng)的開放性和易擴展性。

現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場智能設備與自動化控制系統(tǒng)之間的開放、全數(shù)字式、雙向、多站點的通訊系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線存在多種國際標準，國際電工協(xié)會在2000年發(fā)布的現(xiàn)場總線標準IEC61158第1版中通過了8種現(xiàn)場總線的國際標準，在2007年發(fā)布的IEC61158第4版中，定義了20種現(xiàn)場總線國際標準 (表 1)。

2006年10月16日，中國國家標準化管理委員會審查通過了由全國工業(yè)過程測量和控制標準技術委員會(TC124)組織相關單位共同定制的 GB/T20540-2006((IEC-61158TYPE3-Profibus規(guī)范》，至此Profibus成為中國首個現(xiàn)場總線國家標準.以現(xiàn)場總線技術為基礎的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。

1.FCS165控制系統(tǒng)

FCS165控制系統(tǒng)是國產(chǎn)新型自動化控制系統(tǒng)，以DCS為主體，融人了Profibus現(xiàn)場總線技術。華能秦嶺電廠超臨界2X660MW空冷機組和輔機控制系統(tǒng)均由 FCS165控制系統(tǒng)構成。該控制系統(tǒng)包括DCS和Profibus現(xiàn)場總線2個部分，可采用3種組合模式：DCS與Profibus現(xiàn)場總線合并在1個控制站內、單獨采用DCS及單獨采用Profibus。這3種模式均能夠滿足電廠不同控制系統(tǒng)的要求。

在單元機組控制系統(tǒng)設計中，將A?F制粉、B氫油水等其它系統(tǒng)設計為DCS與Profibus合并模式;對于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)的公用部分、給水泵汽輪機電液控制系統(tǒng)(MEH)、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)、電氣控制系統(tǒng)、公用控制系統(tǒng)(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(tǒng)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(jié)點的使用率，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(tǒng)具有3層設備、2層網(wǎng)絡，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(專用控制器FCP01),底層為各種常規(guī)模擬量及開關量模件單元。DCS的上層網(wǎng)絡是控制中心與人機界面之間的管理網(wǎng)絡，為以太網(wǎng);DCS的下層網(wǎng)絡為I/O模件與控制器之間的控制網(wǎng)絡，為CAN網(wǎng)絡。對于Profibus現(xiàn)場總線，上層設備與DCS上層設備相同，中間層設備除了專用控制器FCP01外，還包括Profibus-DP通訊主站FPB01,底層為支持Profibus協(xié)議的現(xiàn)場總線智能設備(變送器、執(zhí)行器和各種分布式I/O設備等)。Profibus現(xiàn)場總線的上層網(wǎng)絡與DCS上層網(wǎng)絡相同，為以太網(wǎng);Profibus現(xiàn)場總線的下層網(wǎng)絡是現(xiàn)場總線智能設備與通訊主站之間的控制網(wǎng)絡，為Profibus網(wǎng)絡。FCS165控制系統(tǒng)DCS與Profibus3+2結構及其對比見圖1、表2.

2設計和施工技術

(1)冗余通訊主站Profibus現(xiàn)場總線通訊主站與控制器通過并行總線交換數(shù)據(jù)，采用1：1冗余配置。根據(jù)實際需要1個控制站可以配置1?3對冗余通汛主站。

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

1)1對冗余通訊主站串行連接2個冗余Profibus-DP從站(快速冗余方式)，該方式為站節(jié)點冗余，通訊網(wǎng)絡不冗余;

2)2對冗余通訊主站分別連接2個冗余Profibus-DP從站，設計為主站4冗余方式，可達到通訊線路和站節(jié)點的綜合冗余?？筛鶕?jù)設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(xiàn)場總線設備投運的成功率，必須對選用的從站設備在使用前進行兼容性測試。將設備掛接到總線網(wǎng)絡上，并與FCS165 的通訊主站進行通信測試，完成邏輯組態(tài)，根據(jù)在線測試周期和非周期數(shù)據(jù)的傳輸和接收情況，確定設備是否滿足使用要求，以保證現(xiàn)場對控制系統(tǒng)調試的成功率。

(4)網(wǎng)段上從站數(shù)量Profibus-DP從站輸人/輸出的數(shù)據(jù)量取決于設備類型，通信協(xié)議允許1個Profibus-DP從站的輸人/輸出數(shù)據(jù)量最大為244Byte;實驗室驗證1個網(wǎng)段上包括主、從設備帶有中繼器最多站點數(shù)為67個，不帶有中繼器最多站點數(shù)小于32個。實際設計中1個網(wǎng)段配置的 Profibus-DP和Profibus-PA從站不超過20臺.

(5>從站地址分配在組態(tài)過程中，按照1個網(wǎng)段下站節(jié)點地址不重復的原則，分配各站節(jié)點地址。126個站節(jié)點地址通常分配為：“0”代表維護系統(tǒng)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。在使用二類主站對一類主站和從站進行組態(tài)時，對于一些需要就地設置參數(shù)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，必須在接線槽內將A導線和B導線位置放置正確，且一定要在槽內留有足夠的導線長度，使槽內的V型接線柱與導線完全接觸;1條總線的每個末端連接器都必須使用incoming端連接 Profibus-DP 電纜;直接采用壓線端子與Profibus-DP電纜連接時必須保證A導線和B導線與設備端子一一對應;由于設備上的A導線與B導線接線端子緊密相鄰,因此不能使導線裸露在電纜保護層外的銅線頭過長，否則易導致短路。

(8)Profibus-PA電纜連接采用Profibus- PA接線盒連接時，主干路的A導線和B導線必須和Profibus-DP/PA耦合器上的P—和P+端保持一致，分支的A導線和B導線一定要與主干路保持一致，并且決不能將A導線或B導線與地線S端連接;將1條總線中間段的Profibus-PA接線盒終端電阻跳線置于off位置，將最末端的 Profibus-PA接線盒終端電阻跳線置于on位置。