PROFIBUS現(xiàn)場總線在寧海電廠中應(yīng)用

一、引言

進(jìn)入二十世紀(jì)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(shù)中的一個熱點(diǎn)。隨著電力建設(shè)的迅速開展，以及現(xiàn)場總線技術(shù)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(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的呼聲越來越高。經(jīng)過數(shù)年的爭論和實(shí)踐，當(dāng)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(diǎn)所補(bǔ)正，現(xiàn)在一般認(rèn)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(diǎn)和現(xiàn)場裝置密集、控制邏輯復(fù)雜的領(lǐng)域，一段時間內(nèi)將存在著傳統(tǒng)DCS、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和現(xiàn)場總線等多種技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用局面。但是，推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備級的數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)火電廠全面數(shù)字化的關(guān)鍵一步，國內(nèi)外已有一些電廠進(jìn)行了應(yīng)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(shù)在國產(chǎn)600MW機(jī)組上的應(yīng)用嘗試。

二、PROFIBUS及在電廠的應(yīng)用

（一）PROFIBUS總線技術(shù)

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(biāo)準(zhǔn)，代號DTN19245，目前是IEC 61158國際標(biāo)準(zhǔn)中的Type3部分。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以ISO的OSI七層參考模型為基礎(chǔ)，對第三層到第六層進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€性總線兩端加終端電阻，采用sub-D9 芯網(wǎng)絡(luò)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(gòu)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)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(jìn)行定義。其中第二部分定義了應(yīng)用層協(xié)義，稱為PROFIBUS-FMS，它提供強(qiáng)有力的通信功能。第三部分定義了DP協(xié)議，用于分散外設(shè)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(shè)備級分散I/O之間通信設(shè)計(jì)的，其傳輸速率可達(dá)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(shè)備在用戶接口中存在著GSD（設(shè)備性能描述文件），用于描述設(shè)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(dá)到即插即用。

與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。市場調(diào)查確認(rèn)，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(yīng)用系統(tǒng)所安裝的PROFIBUS設(shè)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(yīng)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(yīng)用。西門子作為全球工業(yè)自動化領(lǐng)域的供貨商，在電站自動化設(shè)備方面一直致力于支持ROFIBUS現(xiàn)場總線協(xié)議的技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)，其產(chǎn)品和解決方案幾乎應(yīng)用于所有工業(yè)行業(yè)當(dāng)作。其它眾多電力設(shè)備廠商也提供了對PROFIBUS的支持。在國內(nèi)，PROFIBUS技術(shù)從2000年開始已成功應(yīng)用于電站的輔機(jī)程控中，例如在四川廠安電廠輔機(jī)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備的控制全部采用了PROFIBUS技術(shù)，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(jī)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(shè)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(shè)四臺亞臨界600MW燃煤發(fā)電機(jī)組，三大主機(jī)由上海電氣集團(tuán)提供。采用四機(jī)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(yùn)行。系統(tǒng)采用電廠總線、終端總線兩級總線結(jié)構(gòu)，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(shí)現(xiàn)過程任務(wù)的控制；

2．過程級，包括組控制和單獨(dú)控制,信息處理單元（PU）和信息服務(wù)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；