現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在核電廠的應(yīng)用研究

劉海珍

（中國(guó)原子能科學(xué)研究院 核工程設(shè)計(jì)研究所，北京 100003）

0 引言

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中規(guī)定：“現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線[1]?！爆F(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化領(lǐng)域中的一種底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，具有通信全數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散性高，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性高等優(yōu)點(diǎn)，可以較好地解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能化儀器儀表、控制器等設(shè)備之間的數(shù)字通信問(wèn)題，所以已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的火電、化工、冶金、石油、醫(yī)藥等領(lǐng)域[2]。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化上優(yōu)勢(shì)明顯，但是由于反應(yīng)堆的特殊性，對(duì)運(yùn)行安全和信息安全的要求更高，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始嘗試。另外，由于目前核電廠前期DCS的廣泛應(yīng)用，工程前期投資、數(shù)字化技術(shù)發(fā)展等多方面因素，使核電領(lǐng)域的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可能在短時(shí)間內(nèi)由集散控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變到現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，二者將相互結(jié)合并長(zhǎng)期并存。

1 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）在20世紀(jì)90年代開(kāi)始迅速發(fā)展：美國(guó)Echelon公司在1991年推出了一個(gè)全分布式的智能控制網(wǎng)絡(luò)——Lon Works系統(tǒng)，但是沒(méi)有應(yīng)用于核電領(lǐng)域；1997年美國(guó)ABB-CE公司推出了基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的核電站自動(dòng)控制系統(tǒng)80+系統(tǒng)，并應(yīng)用在1300MW核電機(jī)組上；日本日立公司推出了NUCAMM-90系統(tǒng)，并在1996年和1997年分別投入1臺(tái)1350MW沸水堆機(jī)組用于商業(yè)運(yùn)行，這是世界上該系統(tǒng)首次應(yīng)用在沸水堆上；1999年法國(guó)Sama公司推出了N4控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于1450MW壓水堆核電站Civaux的1、2號(hào)機(jī)組。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，2003年美國(guó)Foxboro公司推出了I/A Series系列自動(dòng)控制系統(tǒng)（ZCP270和FCP270）；日本橫河公司（YOKOGAWA）推出了CS3000 R3系統(tǒng)[3,4]?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)第一次比較大規(guī)模地在核電項(xiàng)目中使用是美國(guó)杜克能源公司的奧克尼核電廠（ONS）BOP系統(tǒng)（核島和常規(guī)島以外的外圍設(shè)施）的數(shù)字化改造項(xiàng)目，改造過(guò)程中選用了一些現(xiàn)場(chǎng)總線相關(guān)的智能儀表和設(shè)備，替代了原先的部分氣動(dòng)、電動(dòng)控制和監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備。

在國(guó)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在核電廠的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始。國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)廠家，如浙江中控技術(shù)股份有限公司、上海新華控制技術(shù)集團(tuán)科技有限公司、北京核利時(shí)自動(dòng)化有限公司等，也在努力追趕國(guó)外的腳步，努力提高國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)產(chǎn)品水平，打破國(guó)外產(chǎn)品壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的局面。田灣核電站使用了西門子公司的全數(shù)字化儀控系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)在常規(guī)島和核島均采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)的核電廠[5]。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與集散控制系統(tǒng)的區(qū)別

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

傳統(tǒng)核電廠儀表和控制系統(tǒng)（I&C）結(jié)構(gòu)共分為4層：

◇ 0層：工藝系統(tǒng)設(shè)備層。包括：測(cè)量設(shè)備，如熱電偶、熱電阻、變送器（壓力、溫度、流量、液位等）、電氣開(kāi)關(guān)等和輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、截止閥、泵、風(fēng)機(jī)等）的接口設(shè)備。

◇ 1層：集中控制層。負(fù)責(zé)電廠工藝系統(tǒng)監(jiān)控的信號(hào)處理和設(shè)備控制（一般是標(biāo)準(zhǔn)的控制機(jī)柜，柜內(nèi)由CPU、電源模塊、通訊模塊、I/O模塊等組成）。

◇ 2層：信息管理層。操作人員通過(guò)信息管理層操作電廠，監(jiān)督電廠狀態(tài)并對(duì)電廠實(shí)施運(yùn)行服務(wù)。

◇ 3層：全廠技術(shù)管理層。支持全廠的現(xiàn)場(chǎng)管理以及與場(chǎng)外設(shè)施通訊。

DCS的范圍包括1層和2層，以及與0層、3層及第三方I&C系統(tǒng)的接口設(shè)備[6]。0層設(shè)備信息通過(guò)硬接線或通訊方式傳輸至控制站，經(jīng)控制站分析處理后，通過(guò)控制站下傳參數(shù)設(shè)定和控制命令，并且為了提高可靠性，控制系統(tǒng)多采用冗余設(shè)置。以國(guó)內(nèi)某鈉冷快中子增殖堆為例，采用金屬鈉作為冷卻劑。由于金屬鈉的熔點(diǎn)是98℃，為防止鈉火反應(yīng)，管道設(shè)置了大量鈉泄漏測(cè)點(diǎn)；為了維持鈉的流動(dòng)性，管道及涉鈉設(shè)備均設(shè)置了電加熱溫度監(jiān)測(cè)與控制測(cè)點(diǎn)；反應(yīng)堆核島還設(shè)置了鈉接收系統(tǒng)，一、二回路鈉凈化系統(tǒng)，乏組件轉(zhuǎn)換桶的鈉凈化系統(tǒng)，一、二回路鈉分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，乏組件轉(zhuǎn)換桶的鈉分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一、二回路鈉充排系統(tǒng)等鈉相關(guān)工藝系統(tǒng)。這樣特殊的系統(tǒng)設(shè)置構(gòu)成了復(fù)雜且互聯(lián)的反應(yīng)堆控制系統(tǒng)，集中布置、控制的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)造成了控制器的負(fù)荷過(guò)重，故障風(fēng)險(xiǎn)增高。典型的集散控制系統(tǒng)（DCS）架構(gòu)如圖1。

圖1 傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)（DCS）結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of traditional distributed control system (DCS)

FCS摒棄了DCS集中控制處理的I/O單元和控制站的概念，把控制站的功能分散到設(shè)備側(cè)，由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表完成原來(lái)控制站實(shí)現(xiàn)的控制功能[7]，而后將數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞給主控制器，徹底地實(shí)現(xiàn)了分散控制，集中管理。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，各種智能設(shè)備可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。全數(shù)字化的通信模式大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使控制系統(tǒng)具有更高的靈活性、可拓展性、自治性和可靠性。典型的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of fieldbus control system

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與通訊

DCS雖然說(shuō)是分布式控制系統(tǒng)，但是屬于有限分布式系統(tǒng)，采用封閉的通信協(xié)議，在目前的電站應(yīng)用場(chǎng)景中有很明顯的弱點(diǎn)，如不同平臺(tái)無(wú)法兼容，只能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，帶來(lái)的是高延時(shí)。DCS多采用模擬信號(hào)（4mA～20mA、0V～10V等）傳輸，模擬量信號(hào)較弱，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中容易受到噪聲、電磁信號(hào)或其他信號(hào)的干擾，傳輸精度較低。為保證傳輸精度，在電纜的敷設(shè)工作中，測(cè)量電纜均采用分屏蔽電纜，低壓控制和測(cè)量電纜托盤應(yīng)與動(dòng)力電纜托盤隔離，以便盡量減少任何信號(hào)干擾，也增加了工程成本。

雖然目前現(xiàn)場(chǎng)總線的通信標(biāo)準(zhǔn)有很多種，但是現(xiàn)場(chǎng)總線是開(kāi)放式的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，不同供貨商的產(chǎn)品只要使用統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)控制系統(tǒng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)就是一致的，系統(tǒng)的設(shè)備之間就可以通過(guò)總線協(xié)議獲取互相之間的信息，整個(gè)系統(tǒng)也具備更靈活的可集成性和拓展性[8]?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)采用全數(shù)字化信號(hào)傳輸，減少了傳輸線路對(duì)信號(hào)的干擾，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕Y(jié)合簡(jiǎn)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮短了控制回路，也加快了控制回路的響應(yīng)速度，并且全數(shù)字通信可以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)傳輸，相較于傳統(tǒng)DCS，操縱員從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取的信息量將大大增加。此外，支持現(xiàn)場(chǎng)總線的智能設(shè)備具有在線故障診斷、記錄和報(bào)警功能，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

核電廠的可靠性是首要的，要求全DCS系統(tǒng)的可用性應(yīng)高于99.99%。以國(guó)內(nèi)某鈉冷快中子增殖堆為例，為了達(dá)到系統(tǒng)可用性，提高系統(tǒng)可靠性，當(dāng)某一故障可導(dǎo)致電廠可用性降低時(shí)應(yīng)采取冗余和容錯(cuò)措施，同時(shí)主要的監(jiān)控功能要在多個(gè)處理器或IO卡件中分開(kāi)安裝，以減少單一故障的影響。因此，應(yīng)采用冗余以提高DCS設(shè)備的可靠性，并使執(zhí)行1E級(jí)I&C功能的DCS系統(tǒng)滿足單一故障準(zhǔn)則。對(duì)于反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)（RPS），多采用4個(gè)冗余保護(hù)組/2個(gè)保護(hù)列的結(jié)構(gòu)（因反應(yīng)堆控制要求不同，冗余保護(hù)組個(gè)數(shù)也有可能不同）。4個(gè)冗余的保護(hù)通道分別接收信號(hào)（按照信號(hào)和傳感器的數(shù)量，可能是3或4冗余）；表決邏輯和安全執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)邏輯在每個(gè)2重冗余的驅(qū)動(dòng)列實(shí)現(xiàn)（A和B列）。對(duì)于事故后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PAMS），安全參數(shù)的采集、處理、記錄和顯示同樣是冗余的。部分NC（S）級(jí)功能是冗余的，分別在兩個(gè)冗余驅(qū)動(dòng)列上進(jìn)行采集和處理。其他NC功能是不冗余的，通常在A列供電的設(shè)備上處理。但是，少數(shù)功能也在B列供電的設(shè)備上處理。冗余的DCS系統(tǒng)由冗余的電源系統(tǒng)供電。這樣的系統(tǒng)設(shè)置，導(dǎo)致儀控系統(tǒng)規(guī)模大、I/O點(diǎn)數(shù)多，設(shè)備數(shù)量隨之增多。因設(shè)備環(huán)境要求，控制機(jī)柜和電氣間均集中布置在核島電氣廠房。該電廠1號(hào)快堆機(jī)組的非安全級(jí)DCS點(diǎn)數(shù)約32000點(diǎn)，NC（S）（安全級(jí)相關(guān)DCS）點(diǎn)數(shù)約1400，安全級(jí)點(diǎn)數(shù)約5000點(diǎn)，如此大規(guī)模的儀控系統(tǒng)加之現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備延伸范圍大，使運(yùn)行的設(shè)備或流程之間相互關(guān)聯(lián)。一個(gè)測(cè)量?jī)x表的變送器需要一對(duì)雙絞線電纜來(lái)單向傳送一個(gè)模擬信號(hào)，龐大的IO規(guī)模導(dǎo)致目前的電纜敷設(shè)長(zhǎng)度達(dá)到了7000多公里，電纜數(shù)量龐大。此外，核電站要求不同供電序列相關(guān)的電纜通道根據(jù)不同的安全防火分區(qū)、房間、廊道等，走不同路徑，機(jī)柜或控制盤內(nèi)布線槽里電纜、芯線的裝入量不得超過(guò)容量的80%。這導(dǎo)致電纜的輔件，如孔洞、橋架、槽盒等數(shù)量都隨之增多，現(xiàn)場(chǎng)的布置空間非常擁擠，布線復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試的工作量和難度非常大，后期的維護(hù)難度也大，這也使整個(gè)控制系統(tǒng)的工程造價(jià)巨大。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性方面較DCS有以下優(yōu)勢(shì)：①智能化儀表和設(shè)備分散地就近布置于工藝設(shè)備，控制功能的下放可以減少集中布置的控制機(jī)柜數(shù)量，節(jié)省電氣廠房占用空間，且能縮短控制回路，縮短信號(hào)傳輸電纜的長(zhǎng)度；②現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)一對(duì)雙絞線或一根電纜上可以掛接多個(gè)支持總線協(xié)議的設(shè)備，可使原來(lái)的幾百根甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，大大減少了工程的電纜數(shù)量，也減少了相應(yīng)的電纜輔件數(shù)量，如孔洞、橋架、槽盒和控制柜的數(shù)量等，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用也會(huì)大幅度減少，也可縮短工程安裝周期，運(yùn)行維護(hù)更方便，從而降低工程造價(jià)。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與集散控制系統(tǒng)的集成

經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展和積累，集散控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)領(lǐng)域。由于先期投資，無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，信息安全等多方面原因，無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，DCS仍然是核電站控制系統(tǒng)的主流設(shè)備。所以，雖然現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)短期內(nèi)不可能完全替代現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)。對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)了DCS的工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)用戶，可以優(yōu)先思考將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中，既保留DCS在生產(chǎn)控制中的設(shè)備及投資，又能利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)配置達(dá)到最優(yōu)，從而提高過(guò)程控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平。

目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)核電廠的應(yīng)用實(shí)例還非常少，無(wú)論是舊項(xiàng)目的改造，還是新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，DCS依然是首選，其次是部分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。所以，本章節(jié)討論了3種現(xiàn)場(chǎng)總線與分散控制系統(tǒng)的集成方案，具體的應(yīng)用深度仍需結(jié)合實(shí)際工程規(guī)模和要求制定不同的儀控設(shè)計(jì)方案。

3.1 結(jié)合遠(yuǎn)程I/O的DCS系統(tǒng)的集成

第一種方案是采用遠(yuǎn)程I/O的方式，將控制功能和上位機(jī)監(jiān)控功能集中設(shè)置在控制機(jī)柜間和控制室，將信號(hào)采集和信號(hào)處理分離。I/O信號(hào)采集/輸出模塊通過(guò)遠(yuǎn)程I/O機(jī)架設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地側(cè)，采集智能儀表和智能設(shè)備信號(hào)，然后通過(guò)專用線纜及協(xié)議連接到主控制器（布置于控制設(shè)備間）[9]。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是只需安裝現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程I/O接口卡，無(wú)需改動(dòng)原有DCS結(jié)構(gòu)，改造成本較低，對(duì)原有DCS影響較小。舊核電廠的改造項(xiàng)目，將原先的智能儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)全部更換的可能性很小，改造成本太大，對(duì)于這樣的系統(tǒng)便適用這種集成方案。此外，本方案也可適用于可編程控制器（PLC）系統(tǒng)。

結(jié)構(gòu)如圖3結(jié)合遠(yuǎn)程I/O的DCS系統(tǒng)的集成。

圖3 結(jié)合遠(yuǎn)程I/O的DCS系統(tǒng)的集成Fig.3 Integration of DCS system with remote I/O

3.2 FCS與DCS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)層的集成

第二種集成方案是將FCS和DCS在控制網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行集成。在這種方案中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接口連接到DCS的1層控制網(wǎng)絡(luò)上[10]。

在傳統(tǒng) DCS中，所有控制功能均由控制站實(shí)現(xiàn)，且控制機(jī)柜集中布置在電氣廠房。該集成方案下的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，設(shè)備的基本控制功能由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，電氣設(shè)備的信號(hào)采集、處理、報(bào)警、邏輯運(yùn)算、指令輸出的全部工作可以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，并與主DCS系統(tǒng)間進(jìn)行通訊連接?？刂普緝H完成協(xié)調(diào)控制或其他高級(jí)控制功能，將部分設(shè)備控制功能下放至0層，實(shí)現(xiàn)真正的分散控制，集中管理。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備分布控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)就地工業(yè)自動(dòng)化控制，同時(shí)可以就地靈活搭建小型控制網(wǎng)絡(luò)并與系統(tǒng)主DCS兼容連接，有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)連通與監(jiān)控，適用于生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，特別是工藝系統(tǒng)控制回路間關(guān)聯(lián)密切，需要協(xié)調(diào)控制的大型核電站，例如國(guó)內(nèi)某鈉冷快堆項(xiàng)目便擬采用此種控制方案，將鈉泄漏及電加熱的監(jiān)測(cè)與控制（共約10000點(diǎn)）分散到現(xiàn)場(chǎng)控制，以縮小控制系統(tǒng)規(guī)模，減少電纜布置的數(shù)量，降低工程造價(jià)。

3.3 FCS與DCS系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)集成

第三種集成方式的前提是DCS與FCS均為獨(dú)立的控制網(wǎng)絡(luò)，二者通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)雙向通信，通過(guò)網(wǎng)關(guān)可以獲取對(duì)方系統(tǒng)中所有設(shè)備和狀態(tài)信息。結(jié)構(gòu)圖如圖5。

圖5 FCS與DCS系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)集成Fig.5 Integration of FCS and DCS through gateway

這種方式主要適用于規(guī)模較大，DCS先期投資較大的控制系統(tǒng)。該方案中DCS仍然是主控系統(tǒng)，其功能是負(fù)責(zé)全廠生產(chǎn)運(yùn)行的監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào)管理，F(xiàn)CS的主要功能是負(fù)責(zé)0層智能化儀表和智能化執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和設(shè)備控制，并將設(shè)備狀態(tài)、故障診斷等信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)地傳送至DCS。這種集成方案兩個(gè)系統(tǒng)既相互獨(dú)立又協(xié)同工作，有利于從DCS逐漸過(guò)渡到全FCS的系統(tǒng)。

圖4 FCS與DCS系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)層的集成Fig.4 Integration of FCS and DCS system control network layer

4 目前存在的問(wèn)題及分析

1）相對(duì)于已發(fā)展成熟的DCS來(lái)講，國(guó)內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組態(tài)、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)等方面的設(shè)計(jì)和工程經(jīng)驗(yàn)都存在不足，對(duì)于設(shè)計(jì)人員、運(yùn)行操作人員的技術(shù)要求較高，國(guó)標(biāo)及行業(yè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)也不完善。但是隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的人員培養(yǎng)，通過(guò)加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員培養(yǎng)，工程實(shí)踐的積累和對(duì)操縱員的操作培訓(xùn)，這方面的問(wèn)題定會(huì)隨之解決。

2）因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)一條數(shù)據(jù)鏈路上傳輸多個(gè)信號(hào)，這對(duì)數(shù)據(jù)通信的可靠性提出了更高的要求，一條數(shù)據(jù)鏈路出現(xiàn)通訊故障影響的范圍則更大。針對(duì)這些問(wèn)題，可以根據(jù)DCS的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)功能重要的數(shù)據(jù)線路、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器這些關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行冗余設(shè)置和多樣性設(shè)計(jì)[11]，提高現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3）由于現(xiàn)場(chǎng)總線分散化的布置結(jié)構(gòu)，相較于火電等其他工業(yè)領(lǐng)域，核電站智能設(shè)備的安裝除了需考慮現(xiàn)場(chǎng)惡劣工作環(huán)境的防塵、防水、溫度、濕度等要求，還需額外考慮EMC鑒定要求、輻射劑量等要求，設(shè)備的研發(fā)、鑒定費(fèi)用勢(shì)必增高，工程先期投資成本會(huì)提高。但是，另一方面采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以減少電纜用量，隨之節(jié)省了橋架、槽盒等安裝輔件數(shù)量，整個(gè)工程的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)方面的投資也隨之降低[12]。在電廠的全壽命周期內(nèi)，經(jīng)濟(jì)效益還是有明顯優(yōu)勢(shì)的。

4）目前市面上現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的種類有很多，而且每種總線有不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所以將不同的現(xiàn)場(chǎng)總線在同一系統(tǒng)中組合使用仍然是比較難解決的問(wèn)題。如何讓模塊化控制系統(tǒng)在不同場(chǎng)景之間切換需要解決網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通訊協(xié)議之間的兼容性問(wèn)題，需要選取或開(kāi)發(fā)出一種高速率、低延時(shí)并且支持快速組網(wǎng)的通訊協(xié)議，減少系統(tǒng)架設(shè)期間系統(tǒng)配置工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)搜集和查閱資料，了解了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程，學(xué)習(xí)了國(guó)內(nèi)外的工程應(yīng)用實(shí)例，并參考國(guó)內(nèi)某核電廠工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)反饋，分析對(duì)比了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)DCS的差異性。根據(jù)原有控制系統(tǒng)實(shí)際情況的不同，DCS與FCS的集成方式也有不同，本文對(duì)DCS與FCS協(xié)調(diào)應(yīng)用的幾種集成方法進(jìn)行了研究，現(xiàn)階段用戶在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)時(shí)，一定要根據(jù)自身工業(yè)生產(chǎn)的控制需求和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇合適的系統(tǒng)配置。這樣既能利用FCS網(wǎng)絡(luò)化、分散化控制的優(yōu)勢(shì)，也保留了DCS豐富的監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理功能，從而提高生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化水平。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品水平不斷提高，隨著核電站對(duì)控制自動(dòng)化水平要求的提高，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)核電廠的新項(xiàng)目設(shè)計(jì)和舊項(xiàng)目改造中應(yīng)用地也越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的研究、設(shè)計(jì)、組態(tài)、安裝、調(diào)試等方面的工程經(jīng)驗(yàn)也在不斷積累，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)在核電領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。