現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠的應用

馬文暉 白育寧

（內蒙古烏海市海勃灣發(fā)電廠，內蒙古 烏海 016000）

1 FCS與DCS相比較最顯著的特點

1.1 DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強而且在系統(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(xiàn)場化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

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

1.3 DCS系統(tǒng)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(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，從而改善調節(jié)性能。

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

1.6 FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當數(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，有專家認為可以節(jié)省60%。

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

1.8 用于過程控制的FCS設計開發(fā)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(xù)過程類的FCS在設計開發(fā)中應重點考慮的問題。

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，因此，節(jié)點監(jiān)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(tǒng)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。

1.8.3 流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)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(shù)字智能化發(fā)展。

1.8.4 作為針對連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS系統(tǒng)，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(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是一個新型的控制系統(tǒng)，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。

ALSPA P320控制系統(tǒng)各部分通過標準網絡來相互通信，與其他控制部件可以方便地進行通信。ALSPA P320有三大網絡：

LOCAFIP現(xiàn)場總線網絡（WorldFIP），采用 FIP 標準（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)傳輸網絡，基于IEEE的FIP標準（UTEC64＋601607）的工業(yè)局域網。

CONTRONET控制網使用以太網技術，用于集中控制層CENTRALOG數(shù)據(jù)庫與操作員工作站之間的數(shù)據(jù)交換。CONTRONET遵照IEEE803.3局域網標準。

通過INTERENT標準協(xié)議，P320可進行長距離通信，進行遠程維護和大型電網控制。

3 FCS在火電廠局部應用效果

首先明確FCS的3個關鍵要點：

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

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

3.3 本質：FCS系統(tǒng)的本質是信息處理現(xiàn)場化。這是FCS系統(tǒng)效能的體現(xiàn)。

在通信網絡方面均遵循現(xiàn)場總線協(xié)議，即都含有做為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心部分，但另一個共同特點是都沒有采用數(shù)字智能現(xiàn)場裝置，仍采用模擬量的測量元件和執(zhí)行機構，不具備現(xiàn)場控制功能。失去了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件支撐，信息處理現(xiàn)場化就不能實現(xiàn)，也就是說現(xiàn)場總線的突出特點——降低系統(tǒng)投資成本、減少運行費用和提高運行和管理水平等，未能充分發(fā)揮出來。

4 FCS在火電廠的應用前景

4.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前最新型的控制系統(tǒng)，它是一種全計算機、全數(shù)字、雙向通信的新型控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術給自動化領域帶來了一場革命，代表了自動化的發(fā)展方向。數(shù)字通信是一種趨勢，也是技術發(fā)展的必然。從理論上講，雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制技術必將會給火電廠安全經濟運行及提高管理水平帶來實實在在的效益。這是過去在電站中使用過的任何控制系統(tǒng)所無法與之相比擬的。

4.2 作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心部分--總線協(xié)議，已經在火電廠控制系統(tǒng)的通信網絡中成功運行，這不僅消除了人們以前存有的許多疑團，也為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠推廣應用打下了良好的基礎。

4.3 現(xiàn)場總線控制系統(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)網控制中，可以發(fā)揮最大效益（見例3)。PLC作為一個站掛在高速總線上，充分發(fā)揮PLC在處理開關量方向的優(yōu)勢。現(xiàn)場總線在該領域的應用已經取得成功，這將是今后一段時間內火電廠輔助車間適度集中控制方針得以實現(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)場裝置的品種還很少，理論上的現(xiàn)場總線效益還不能充分發(fā)揮。因此，在大型機組上全面采用典型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的時機尚未成熟。

4.5 目的控制系統(tǒng)不失是一種向FCS過渡性的控制系統(tǒng)，它既保留了DCS系統(tǒng)中功能很強的控制器及I/O模件，同時在通信網絡又遵循現(xiàn)場總線協(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)場總線控制[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2]鄧慧,張明,吳永存,范立,張菊軍.大型火電廠現(xiàn)場總線網絡設計[J].中國電力，2009-03-05.