順序控制在現場總線控制系統的工程實踐

楊功華，武永泉

(1.中機國能電力工程有限公司，上海 200061;2.江蘇省電力公司南京供電公司，南京 210013)

目前，國際上已出現多種現場總線，并有著各自不同的應用場合[1，2]。對此，本文以某電廠47 t/h的供熱鍋爐為例，著重介紹該廠現場總線遠程IO順序控制的工程設計及實現。

1 系統設計的基本思路

根據集中供熱系統的組成及特點，控制方案應充分發揮現場總線功能自治、危險分散、可靠性高的優點[3，4]。順序控制系統設計的基本思路如下:

1)電氣系統和控制策略的設計能確保現場總線控制系統在失電時保持在原有的運行狀態。

2)控制系統的數據通信網絡包含兩層:現場級和監控級。現場級數據通信網絡速率為31.25 kbps;監控級數據通信網絡采用10 Mbps以太網。

2 System302現場總線

該廠采用SMAR公司System302現場總線控制系統，從整體上可以分為兩個部分:模擬量控制子系統、開關量控制系統。現場總線遠程IO采用的設備是DC302。利用DC302實現開關量控制邏輯的執行。

System302硬件部分主要包括智能現場儀表、現場總線通用網關、總線電源PS302和總線終端器BT302，用于連接上位監控系統以太網和現場總線的網關模件DFI302等。用于模擬信號控制的現場總線儀表包括:FI302(4～20 mA電流、總線轉換器)、IF302(總線4～20 mA轉換器)、LD302(差壓和壓力變送器)、TT302(溫度變送器)、此外還有FP302(總線氣動信號轉換器)和FP302(總線閥門定位器)、PT302(壓力變送器)等。本項目使用了用于離散量控制的現場設備DC302。

System302系統的軟件部分主要包括上位組態軟件Syscon、上位軟件與硬件通信接口PCI OLE Server等。

3 控制系統結構設計

3.1 系統硬件結構

整個系統設計了AI點22個，AO點4個，DI點10個，DO點19個。現場總線控制系統如圖1所示。

圖1 現場總線控制系統結構圖

該系統包含三條冗余的現場總線，每一條分別由不同的網橋引出，任何一條現場總線或一個網橋發生故障均不會影響系統正常運行。使用三個DC302控制電動門及電機。由于這些存在著一定聯鎖關系，因此將它們放在同一條總線上。即可以增加設備的響應速率又可以減少總線的通信量。

控制系統采用System302系統和20個現場總線智能儀表組成，包含 LD302、TT302、FI302、IF302和DC302。設有兩臺操作員站，每一臺操作員站的人機界面軟件均設有全局數據庫，可以互為備份。設置工程師站一臺，該站可同時作為管理級優化計算站。

為保證系統的高效可靠性，充分考慮了硬件上的冗余設置。現場總線控制系統中的現場級通信網絡和系統級通信網絡、網關設備、電源設備、操作員站均設有冗余，任何單點控制故障均不影響系統的正常運行。

3.2 系統軟件結構

監控程序設計和運行的軟件平臺使用力控人機界面軟件，現場儀表控制策略組態軟件選用Syscon。監控計算機安裝接口軟件OPC Server，用于實現上位監控程序的通信和連接。

通過現場總線通信技術和OPC技術，在中央控制室實現了控制系統的故障診斷和現場設備的故障診斷及在線管理。

4 順序控制系統的設計

鍋爐系統配有送風機、引風機等轉動機械，有比較復雜的啟停連鎖和順序控制功能。在現場總線控制系統中，很難實現開關量的控制功能采用SMAR公司的DC302來實現。但通過DC302包含的柔性功能塊(FFB)卻能實現鍋爐輔機的控制和保護策略。

以引風機控制邏輯為例介紹順序控制系統的實現方法。

4.1 引風機控制邏輯

引風機控制的部分SAMA圖如圖2所示。

圖2 引風機控制的SAMA圖

在組態中，引風機控制邏輯主要通過FFB實現。DC302模塊有8個硬輸出，16個硬輸入，使用符號O1-O8，I01-I08表示。柔性功能塊有8個軟輸入端，8個軟輸出端，使用符號IN1-IN8，OUT1-OUT8表示。各測點及對應關系如下:

引風機上電:O1——硬輸出

停引風機:O2——IN2

啟引風機:O3——IN3

引風機復位:O4——IN4

引風機已啟動:I01——硬輸入

引風機已停止:!I01——硬輸入

聯鎖投入:——IN5

報警輸入:——IN1

FFB中設置引風機控制邏輯的部分腳本及說明如下:

其中，A01等表示輔助變量，TP表示脈沖函數，TON表示延遲函數，RS表示RS觸發器。

4.2 功能塊參數配置

由于基金會現場總線的控制策略分散在各個總線設備里[5]，因此組態的過程本質上就是對各個總線設備功能塊參數配置的過程。各個功能之間的連接更關注設備之間的通信負荷。所有儀表的資源塊和轉換塊的目標模式都要設置:MODE_BLK.TARGET=Auto。控制引風機和送風機的啟停的DC302功能塊的參數設置如表1所示。

表1 DC302功能塊參數配置

5 現場總線與PLC控制系統對比

該項目實施的現場有多臺同類型的鍋爐，其他鍋爐均使用傳統的PLC控制系統。PLC控制系統的現場照片如圖3所示，使用現場總線控制系統的控制柜的照片如圖4所示。從圖4上可明顯地看到，鍋爐使用現場總線控制系統之后，減少了電纜的數量，此外電纜長度、控制柜的數量和橋架的用量也相應減少。現場總線控制柜的布置更加簡潔，更利于維護。

6 結語

通過上述介紹，可以看到采用System302基金會現場總線控制系統實現了電廠開關量控制，即通過合理組態實現對鍋爐輔機的控制及其保護策略，也充分體現了現場總線控制系統應用于順序控制方面上的優勢。另外，該的工程實施，起到了培訓和普及現場總線知識的作用，有利于現場人員逐漸認識并接受現場總線技術。

[1]周根來.基金會現場總線在中原石油化工總廠鍋爐上的應用[J].自動化與儀表，2000，(2):36-38.

[2]吳濤.苯乙烯裝置設計中基金會現場總線的應用[J].石油化工自動化，2005，(3):9-11.

[3]張宏宇，吳奕，工業生產蒸汽鏈條鍋爐DCS控制系統[J].控制工程，2004，(3):254-256.

[4]韓忠旭.順序控制技術在火電廠的應用[J].電網技術，2001，25(10):63-69.

[5]周勇，張廣川.基于基金會現場總線的控制系統[J].工業控制計算機，2005，(11):16-18.