現場總線控制系統在火電廠的應用和前景

20世紀80年代，DCS（數字式分散控制系統）開始進入電站自動化控制領域,由于其在安全生產與經濟效益等方面帶來的正面作用是以往任何一種控制系統無法與其相提并論的，因此，DCS在電站被廣泛使用。

目前300MW以上機組，無論是國產機組還是引進機組，無一例外采用DCS，就連200MW、100MW機組也在使用DCS來進行改造，甚至于一些自備電廠的25MW、12MW的火電機組也采用DCS系統。

那么，作為20世紀90年代才走向實用化的，在自動化領域內最為新型的控制系統——現場總線控制系統（fieldbus control system,FCS），能否也像DCS系統一樣被電站接受并廣為推廣使用

1　FCS與DCS相比較最顯著的特點

根據國際電工委員會IEC1158定義:安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線稱為現場總線。

以現場總線為基礎的全數字控制系統稱為現場總線控制系統FCS。即:現場總線是用于現場儀表與控制室系統之間的一種開放、全數字化、雙向通信與多站的通信系統。

DCS與FCS的具體比較如下:
（1） DCS系統是個大系統，其控制器功能強而且在系統中的作用十分重要，數據公路更是系統的關鍵，所以必須整體投資一步到位，事后擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現場化，廣泛采用的數字智能現場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，FCS系統投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

（2） DCS系統是封閉式系統，各公司產品基本互不兼容。而FCS系統是開放式系統，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設備連入現場總線，達到最佳的系統集成。

（3） DCS系統的信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D轉換。而FCS系統是全數字化，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%。

（4） FCS系統可以將PID閉環控制功能裝入變送器或執行器中，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，從而改善調節性能。

（5） DCS系統可以控制和監視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態。但是，由于其自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統的模擬量信號，無法在DCS工程師站上對現場儀表（含變送器、執行器等）進行遠方診斷、維護和組態。FCS系統采用全數字化技術，數字智能現場裝置發送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統采用雙向數字通信現場總線信號制。因此，它可以對現場裝置（含變送器、執行器等）進行遠方診斷、維護和組態。FCS系統這點優越性是DCS系統無法比擬的。

（6） FCS系統由于信息處理現場化，與DCS系統相比，可以省去相當數量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，有專家認為可以節省60%。

（7）與（6）同樣的理由，FCS系統可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等，同時也節省了設計、安裝和維護費用，有專家認為可以節省66%。

對于（6）、（7）兩點應補充說明的是，采用FCS系統，節省投資的效果是勿庸置疑的，但是否如有的專家所說達60%～66%，尚有待給出客觀評價，盡管這些數字在多篇文章中出現，筆者認為這是相互轉摘的結果，目前還未找到這些數字的原始出處。因此，讀者在引用這些數字時要慎重。

（8） FCS相對于DCS組態簡單，由于結構、性能標準化，便于安裝、運行、維護。

（9） 用于過程控制的FCS設計開發要點。這一點并不作為DCS的比較，只是說明用于過程控制或者用于模擬連續過程類的FCS在設計開發中應重點考慮的問題。

1） 要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。
2） 基本監控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應，因此，節點監控并不需要很快的電子學的響應時間，但要求有復雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統基本上多采用主-從之間的集中輪詢制，這在技術上是合理的，在經濟上是有利的。
3） 流量、料位、溫度、壓力等參數的測量，其物理原理是古典的，但傳感器、變送器及控制器應向數字智能化發展。
4） 作為針對連續過程類及其儀器儀表而開發的FCS系統，應側重于低速總線H1的設計完善。　

2　FCS在火電廠的實際應用

現場總線控制系統FCS是一個新型的控制系統，進入我國的時間還不算長，目前在火電廠的應用還處于局部領域使用的階段。


例1:Cegelec Alspa P320系統（見圖1）應用于我國華能珞璜電廠（4×360MW）二期工程（2×360MW）機組的自動控制。該系統有31個雙冗余WorldFIP網絡，16個監視和控制站，32臺冗余PLC，處理18000I/O點，50000點控制數據。該系統采用雙絞線媒體，操作站冗余并有后備站，系統典型的響應時間為50ms。
　
華能珞璜電廠二期工程是從法國GEC ALSTOM集團全套引進的2×360?MW燃煤發電機組。鍋爐由STEIN公司提供，汽輪機由STG公司提供，發電機由STG公司提供。已于1998年底全部投運發電