數字化電廠架構及現場總線控制系統設計

目前，我國火電廠廠級和機組（車間）級已實現了數字化，但現場控制設備級大部分尚未實現數字化，這已成為現場總線技術需要解決的難題。建設數字化電廠的目的是使發電廠在整個服役期經濟效益最大化。數字化電廠結構模型可劃分為 3 層（直接控制層、管控一體化層、管理決策層）和 2 個支持系統（數據庫支持系統和計算機網絡支持系統），它們分別交叉和納人在 DCS （包括 FCS ）、電站仿真系統 ( SIMU ）、火電廠廠級監控信息系統（SIS）、管理信息系統（ MIS ）及決策支持系統（ DSS ）中。

一、數字化電廠的基礎條件

　　(1) MIS 是建設數字化電廠的關鍵系統，主要為全廠運營、生產和管理服務，完成設備和維修管理、生產經營管理（包含電力市場報價子系統）、財務管理等功能。 MIS 具有 2 個層次的功能：自動傳遞和匯集數據；以成本核算和資源集成為出發點，對管理數據進行加工、整理、發掘和分析。

　　(2) SIS為 MIS 的生產過程管理功能模塊。 SIS既是發電廠建立全廠生產過程實時／歷史數據庫的平臺，也是為全廠生產過程優化服務的實時生產過程監控和管理信息系統。SIS一端是控制系統（ DCS / PLC / 機組仿真系統），另一端是 MIS ，其應用模塊主要有實時數據分析與處理模塊、性能計算與能損分析模塊、工況分析模塊、運行故障診斷模塊、吹灰優化模塊、參數劣化分析模塊、機組負荷優化分配模塊及機組運行狀態評估模塊。

　　SIS對實時性要求較高，其實時信息取自 DCSO由于 DCS 采用的模擬量、開關量、數字信號為混合系統信號制，而且為單向，不具有將設備狀態的實時信息上傳至控制器的功能，從而使SIS無法獲得這些信息，成為SIS進一步提高功效的瓶頸。

　　(3) FCS 應用于電廠機組級控制，其采用全數字、雙向通信的現場總線信號制，解決了智能現場儀表與智能控制室儀表之間的非智能連接問題，為建設數字化電廠提供了基礎條件。

二、FCS的設計

　　(1) 現場總線標準2000 年4月公布的國際現場總線標準 IEC61158 包括了 10 種類型，其中基金會現場總線（FF）和過程現場總線（Profibus）在過程控制領域有較廣泛的應用，FF 較適合模擬量控制，Profibus 較適合開關量控制。

　　(2)重要控制與安全回路現場總線技術在國內大型機組的主控制系統上應用還處于起步階段，為了保證機組安全穩定運行，爐膛安全監控系統（FSSS）、數字式電液控制系統（DEH）、汽輪機緊急跳閘系統(ETS）、給水泵汽輪機電液控制系統（MEH）和給水泵汽輪機緊急跳閘系統（METS）等不采用現場總線控制方式。

　　(3)電動機控制 部分380V、6kV電動機采用現場總線控制方式。

　　(4)DCS為基本系統 由于有些DCS可與FCS無縫連接，因此采用以DCS為基礎利用 FCS 的信息處理、設備診斷和設備管理軟件進行設備級控制的系統結構。