現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用

馬文暉 白育寧

（內(nèi)蒙古烏海市海勃灣發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

1 FCS與DCS相比較最顯著的特點(diǎn)

1.1 DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到位，事后擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。

1.2 DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而FCS系統(tǒng)是開(kāi)放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場(chǎng)總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。

1.3 DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。

1.4 FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，從而改善調(diào)節(jié)性能。

1.5 DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，無(wú)法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測(cè)信息差錯(cuò)的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制。因此，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無(wú)法比擬的。

1.6 FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時(shí)也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，有專家認(rèn)為可以節(jié)省60%。

1.7 FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡(jiǎn)單，由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，便于安裝、運(yùn)行、維護(hù)。

1.8 用于過(guò)程控制的FCS設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要點(diǎn)。這一點(diǎn)并不作為DCS的比較，只是說(shuō)明用于過(guò)程控制或者用于模擬連續(xù)過(guò)程類的FCS在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

1.8.1 要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。

1.8.2 基本監(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應(yīng)，因此，節(jié)點(diǎn)監(jiān)控并不需要很快的電子學(xué)的響應(yīng)時(shí)間，但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主-從之間的集中輪詢制，這在技術(shù)上是合理的，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。

1.8.3 流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量，其物理原理是古典的，但傳感器、變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展。

1.8.4 作為針對(duì)連續(xù)過(guò)程類及其儀器儀表而開(kāi)發(fā)的FCS系統(tǒng)，應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計(jì)完善。

2 FCS在火電廠的實(shí)際應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS是一個(gè)新型的控制系統(tǒng)，進(jìn)入我國(guó)的時(shí)間還不算長(zhǎng)，目前在火電廠的應(yīng)用還處于局部領(lǐng)域使用的階段。

ALSPA P320控制系統(tǒng)各部分通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)相互通信，與其他控制部件可以方便地進(jìn)行通信。ALSPA P320有三大網(wǎng)絡(luò)：

LOCAFIP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)（WorldFIP），采用 FIP 標(biāo)準(zhǔn)（UTEC64＋601607），用于鏈接輸入輸出模板到P320的C370控制器。

F900數(shù)據(jù)總線（WordlFIP），用于C370控制器之間的數(shù)據(jù)交換和C370控制器與CENTRALOG通信。F900是一種快速的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，基于IEEE的FIP標(biāo)準(zhǔn)（UTEC64＋601607）的工業(yè)局域網(wǎng)。

CONTRONET控制網(wǎng)使用以太網(wǎng)技術(shù)，用于集中控制層CENTRALOG數(shù)據(jù)庫(kù)與操作員工作站之間的數(shù)據(jù)交換。CONTRONET遵照IEEE803.3局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)INTERENT標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，P320可進(jìn)行長(zhǎng)距離通信，進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和大型電網(wǎng)控制。

3 FCS在火電廠局部應(yīng)用效果

首先明確FCS的3個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)：

3.1 核心：FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。也就是說(shuō)，只有遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的控制系統(tǒng)，才能稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

3.2 基礎(chǔ)：FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐。

3.3 本質(zhì)：FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。這是FCS系統(tǒng)效能的體現(xiàn)。

在通信網(wǎng)絡(luò)方面均遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，即都含有做為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的核心部分，但另一個(gè)共同特點(diǎn)是都沒(méi)有采用數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置，仍采用模擬量的測(cè)量元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不具備現(xiàn)場(chǎng)控制功能。失去了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的硬件支撐，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化就不能實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線的突出特點(diǎn)——降低系統(tǒng)投資成本、減少運(yùn)行費(fèi)用和提高運(yùn)行和管理水平等，未能充分發(fā)揮出來(lái)。

4 FCS在火電廠的應(yīng)用前景

4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是目前最新型的控制系統(tǒng)，它是一種全計(jì)算機(jī)、全數(shù)字、雙向通信的新型控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)革命，代表了自動(dòng)化的發(fā)展方向。數(shù)字通信是一種趨勢(shì)，也是技術(shù)發(fā)展的必然。從理論上講，雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制技術(shù)必將會(huì)給火電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及提高管理水平帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的效益。這是過(guò)去在電站中使用過(guò)的任何控制系統(tǒng)所無(wú)法與之相比擬的。

4.2 作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的核心部分--總線協(xié)議，已經(jīng)在火電廠控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中成功運(yùn)行，這不僅消除了人們以前存有的許多疑團(tuán)，也為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在火電廠推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，在以順序控制為主，以PLC（可編程邏輯控制器）為硬件的火電廠輔助車間控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制中，可以發(fā)揮最大效益（見(jiàn)例3)。PLC作為一個(gè)站掛在高速總線上，充分發(fā)揮PLC在處理開(kāi)關(guān)量方向的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線在該領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得成功，這將是今后一段時(shí)間內(nèi)火電廠輔助車間適度集中控制方針得以實(shí)現(xiàn)的一種優(yōu)選方案。

4.4 由于目前能滿足火電廠控制要求的數(shù)字式智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的品種還很少，理論上的現(xiàn)場(chǎng)總線效益還不能充分發(fā)揮。因此，在大型機(jī)組上全面采用典型的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的時(shí)機(jī)尚未成熟。

4.5 目的控制系統(tǒng)不失是一種向FCS過(guò)渡性的控制系統(tǒng)，它既保留了DCS系統(tǒng)中功能很強(qiáng)的控制器及I/O模件，同時(shí)在通信網(wǎng)絡(luò)又遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。我們將該系統(tǒng)稱之為在通信和數(shù)據(jù)傳輸方向遵循現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的數(shù)字式分散控制系統(tǒng)，暫稱該系統(tǒng)為FDCS。

[1]周明.現(xiàn)場(chǎng)總線控制[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]鄧慧,張明,吳永存,范立,張菊軍.大型火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電力，2009-03-05.