融入現場總線技術的DCS在火電廠的應用研究

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

現場總線是用于現場智能設備與自動化控制系統之間的開放、全數字式、雙向、多站點的通訊系統。現場總線存在多種國際標準，國際電工協會在2000年發布的現場總線標準IEC61158第1版中通過了8種現場總線的國際標準，在2007年發布的IEC61158第4版中，定義了20種現場總線國際標準 (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規范》，至此Profibus成為中國首個現場總線國家標準.以現場總線技術為基礎的控制系統被稱為現場總線控制系統(FCS)。

1.FCS165控制系統

FCS165控制系統是國產新型自動化控制系統，以DCS為主體，融人了Profibus現場總線技術。華能秦嶺電廠超臨界2X660MW空冷機組和輔機控制系統均由 FCS165控制系統構成。該控制系統包括DCS和Profibus現場總線2個部分，可采用3種組合模式：DCS與Profibus現場總線合并在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),底層為各種常規模擬量及開關量模件單元。DCS的上層網絡是控制中心與人機界面之間的管理網絡，為以太網;DCS的下層網絡為I/O模件與控制器之間的控制網絡，為CAN網絡。對于Profibus現場總線，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協議的現場總線智能設備(變送器、執行器和各種分布式I/O設備等)。Profibus現場總線的上層網絡與DCS上層網絡相同，為以太網;Profibus現場總線的下層網絡是現場總線智能設備與通訊主站之間的控制網絡，為Profibus網絡。FCS165控制系統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現場總線通訊主站與控制器通過并行總線交換數據，采用1：1冗余配置。根據實際需要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)，該方式為站節點冗余，通訊網絡不冗余;

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點的綜合冗余。可根據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絡上，并與FCS165 的通訊主站進行通信測試，完成邏輯組態，根據在線測試周期和非周期數據的傳輸和接收情況，確定設備是否滿足使用要求，以保證現場對控制系統調試的成功率。

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

(5>從站地址分配在組態過程中，按照1個網段下站節點地址不重復的原則，分配各站節點地址。126個站節點地址通常分配為：“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)從站組態從站必須與組態中的模塊保持一致。在使用二類主站對一類主站和從站進行組態時，對于一些需要就地設置參數的從站，在組態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。