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摘要:介绍了一种新型控制系统FCS(fieldbus control system)的基本概念，在火电厂的运用、存在的问题及前景。
20世纪80年月，DCS(数字式涣散控制系统)起头进进电站自动化控制领域,由于其在平安生产与经济效益等方面带来的正面作用是以往任何一种控制系统没法与其相提并论的，是以，DCS在电站被普遍使用。今朝300MW以上机组，不管是国产机组仍是引进机组，无一破例采用DCS，就连200MW、100MW机组也在使用DCS来进行改造，甚至于一些自备电厂的25MW、12MW的火机电组也采用DCS系统。
那末，作为20世纪90年月才走向实用化的，在自动化领域内为新型的控制系统——现场总线控制系统(fieldbus control system,FCS)，能否也像DCS系统一样被电站接受并广为推行使用
1 FCS与DCS相比力显著的特点
凭据电工委员会IEC1158界说:安装在制造或进程区域的现场装配与控制室内的自动控制装配之间的数字式、串行、多点通讯的数据总线称为现场总线。
以现场总线为根蒂根基的全数字控制系统称为现场总线控制系统FCS。即:现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向通讯与多站的通讯系统。
DCS与FCS的具体比力以下:
(1) DCS系统是个年夜系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关头，所以必需整体投资一步到位，事后扩容难度较年夜。而FCS功能下放较完全，信息处置现场化，普遍采用的数字智能现场装配使得控制器功能与重要性相对削弱。是以，FCS系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。
(2) DCS系统是封锁式系统，各公司产物基本互不兼容。而FCS系统是开放式系统，用户可以选择分歧厂商、分歧品牌的各类装备连进现场总线，到达好的系统集成。
(3) DCS系统的信息全都是二进制或模拟旌旗灯号形成的，必需有D/A与A/D转换。而FCS系统是全数字化，免往了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5%提高到±0.1%。
(4) FCS系统可以将PID闭环控制功能装进变送器或执行器中，缩短了控制周期，今朝可以从DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，从而改善调理性能。
(5) DCS系统可以控制和监视工艺全进程，对自身进行诊断、维护和组态。可是，由于其自身的致命弱点，其I/O旌旗灯号采用传统的模拟旌旗灯号，没法在DCS工程师站上对现场仪表(含变送器、执行器等)进行远方诊断、维护和组态。FCS系统采用全数字化技术，数字智能现场装配发送多变信息，而不单单是单变信息，而且还具有检测信息过失的功能。FCS系统采用双向数字通讯现场总线旌旗灯号制。是以，它可以对现场装配(含变送器、执行器等)进行远方诊断、维护和组态。FCS系统这点越性是DCS系统没法对比的。
(6) FCS系统由于信息处置现场化，与DCS系统相比，可以省往相当数目的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装配及装配室的空间与占地面积，有家认为可以节省60%。
(7)与(6)一样的理由，FCS系统可以削减年夜电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用，有家认为可以节省66%。
对于(6)、(7)两点应弥补说明的是，采用FCS系统，节省投资的效果是勿庸置疑的，可是否若有的家所说达60%～66%，尚有待给出客观评价，虽然这些数字在多篇文章中泛起，笔者认为这是相互转摘的成效，今朝还未找到这些数字的原始出处。是以，读者在援用这些数字时要慎重。
(8) FCS相对DCS组态简单，由于结构、性能尺度化，便于安装、运行、维护。
(9) 用于进程控制的FCS设计开发要点。这一点其实不作为DCS的比力，只是说明用于进程控制或用于模拟接连进程类的FCS在设计开发中应重点斟酌的问题。
1) 要求总线本安防爆功能，而且是甲等重要的。
2) 基本监控如流、料位、温度、压力等的变化是缓慢的，而且还有滞后效应，是以，节点监控其实不需要很快的电子学的响应时间，但要求有复杂的模拟处置能力。这一物理特征决议了系统基本上多采用主-从之间的集中轮询制，这在技术上是合理的，在经济上是有益的。
3) 流、料位、温度、压力等参数的丈，其物理原理是古典的，但传感器、变送器及控制器应向数字智能化成长。
4) 作为针对接连进程类及其仪器仪表而开发的FCS系统，应偏重于低速总线H1的设计完善。
2 FCS在火电厂的现实运用
现场总线控制系统FCS是一个新型的控制系统，进进我国的时间还不算长，今朝在火电厂的运用还处于局部领域使用的阶段。
图1 Alspa P320运用系统
例1:Cegelec Alspa P320系统(见图1)运用于我国华能珞璜电厂(4×360MW)二期工程(2×360MW)机组的自动控制。该系统有31个双冗余WorldFIP网络，16个监视和控制站，32台冗余PLC，处置18000I/O点，50000点控制数据。该系统采用双绞线媒体，操作站冗余并有后备站，系统典型的响应时间为50ms。
华能珞璜电厂二期工程是从法国GEC ALSTOM团体全套引进的2×360MW燃煤发机电组。汽锅由STEIN公司提供，汽轮机由STG公司提供，发机电由STG公司提供。已于1998年末全数投运发电
控制系统是法国CEGELCE公司提供的、20世纪90年月中期开发推出的ALSPA P320控制系统。实现了机组的数据收集系统(DAS)、闭环控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)与燃烧器经管系统(BMS)等主要功能。汽轮机数字电液控制系统(DEH)采用法国GEC ALSTOM STG公司提供的MICROREC控制系统。
ALSPA P320控制系统各部门经由过程尺度网络来相互通讯，与其他控制部件可以利便地进行通讯。ALSPA P320有三年夜网络:
LOCAFIP现场总线网络(WorldFIP)，采用FIP尺度(UTEC64＋601607)，用于链接输进输出模板到P320的C370控制器。
F900数据总线(WordlFIP)，用于C370控制器之间的数据交换和C370控制器与CENTRALOG通讯。F900是一种快速的数据传输网络，基于IEEE的FIP尺度(UTEC64＋601607)的工局域网。
CONTRONET控制网使用以太网技术，用于集中控制层CENTRALOG数据库与操作员工作站之间的数据交换。CONTRONET遵照IEEE803.3局域网尺度。
经由过程INTERENT尺度协议，P320可进行长距离通讯，进行远程维护和年夜型电网控制。
例2：陕西省杨凌燃机热电厂位于陕西省杨凌农高新技术开发区内，采用德国Siemens公司生产的遵循Profibus现场总线协议的Simatic PCS7控制系统作为机、炉、电的集中控制系统。系统设置装备摆设图如图2所示。
图2 杨凌热电厂1号机组FDCS系统设置装备摆设图
该系总共设置装备摆设3对冗余CPU－41H控制器。每对冗余控制器均经由过程冗余的现场总线Profibus－DP(新数据传输速度可达12Mbit/s)带一定数目的远程I/O扩大机架ET200M及I/O模件。由远程I/O扩大机架和模件组成的远程I/O站均放置于现场四周，经由过程Profibus－DP总线与放置在主控楼的冗余控制器通讯。
该系总共设置装备摆设32个ET200M远程机架，按工艺流程分成8个远程I/O站，放置在全厂8个分歧位置，远的一个远程I/O站——深井泵房远程I/O站距主厂区3.4km左右，其他的远程I/O站间距离在200m之内。控制器与各远程I/O站间的通讯是经由过程Profibus-DP现场总线完成的，主厂区内Profibus-DP现场总线传输介为双绞线，深井泵房远程I/O站与主厂区间的数据通讯采用光纤作为传输介，两头经由过程光电转换接口，与Profibus-DP现场总线相接。
由于使用了Profibus-DP现场总线技术，现场安插I/O机柜，实现了对燃机外围装备、余热汽锅、汽机辅机、轮回水泵房、综合水泵房、深井泵房、厂用电气系统、110kV升压站等系统与主控环的服务器进行双向数据交换，实现了全厂各系统的集中监控。自动系统投进率到达100％，2001年8月系统投进商运营。
例3：四川广安电厂，采用遵循Profibus现场总线协议的L2-DP网络技术，成功地将汽锅补给水控制系统与凝结水精处置控制系统控制等辅助车间控制系统联网，提高了火电厂辅助车间控制的劳动生产率及系统靠得住性。
3 FCS在火电厂局部运用效果
首先明确FCS的3个关头要点：
(1) 焦点：FCS系统的焦点是总线协议，即总线尺度。也就是说，只有遵循现场总线协议的控制系统，才能称为现场总线控制系统。
(2) 根蒂根基：FCS系统的根蒂根基是数字智能现场装配。数字智能现场装配是FCS系统的硬件支持。
(3) 本：FCS系统的本是信息处置现场化。这是FCS系统效能的体现。
再来分析前面提到的火电厂运用FCS的几个例子。
在例1中，华能珞璜电厂的ALSPA 320控制系统，它的Loca Fip网络与F900网络均遵循WorldFip现场总线的总线协议，CONTRONET控制网采用以太网技术。这是一个很是典型的现场总线系统结构。
在例2中，杨凌燃机热电厂的Simaeic PCS7控制系统，控制器与各远程I/O间的通讯是经由过程Profibus-DP现场总线来完成。控制器与控制器之间、控制器与服务器之间的数据通讯是经由过程冗余的环型工以太网来完成。
上述两例子中，在通讯网络方面均遵循现场总线协议，即都含有做为现场总线控制系统的焦点部门，但另外一个配合特点是都没有采用数字智能现场装配，仍采用模拟的丈元件和执行机构，不具有现场控制功能。失往了现场总线控制系统的硬件支持，信息处置现场化就不能实现，也就是说现场总线的突出特点——下降系统投资成本、削减运行费用和提高运行和经管水平等，未能充实阐扬出来。
例3则是今朝现场总线在火电厂局部运用中的一个成功典型。
4 FCS在火电厂的运用前景
(1) 现场总线控制系统是今朝新型的控制系统，它是一种全计较机、全数字、双向通讯的新型控制系统。现场总线技术给自动化领域带来了一场革命，代表了自动化的成长标的目的。数字通讯是一种趋向，也是技术成长的必然。从理论上讲，双向数字通讯现场总线旌旗灯号制技术势必会给火电厂平安经济运行及提高经管水平带来实其实在的效益。这是曩昔在电站中使用过的任何控制系统所没法与之相对比的。
(2) 作为现场总线控制系统的焦点部门——总线协议，已在火电厂控制系统的通讯网络中成功运行，这不仅消除人们之前存有的许多疑团，也为现场总线控制系统在火电厂推行运用打下了秀的根蒂根基。
(3) 现场总线控制系统，在以顺序控制为主，以PLC（可编程逻辑控制器）为硬件的火电厂辅助车间控制系统联网控制中，可以阐扬年夜效益（见例3)。PLC作为一个站挂在高速总线上，充实阐扬PLC在处置开关标的目的的势。现场总线在该领域的运用已取得成功，这将是从此一段时间内火电厂辅助车间适度集中控制方针得以实现的一种选方案。
(4) 由于今朝能知足火电厂控制要求的数字式智能现场装配的品种还很少，理论上的现场总线效益还不能充实阐扬。是以，在年夜型机组上周全采用典型的现场总线控制系统的时机还没有成熟。
(5) 今朝，像例1、例2的控制系统不失是一种向FCS过渡性的控制系统，它既保留了DCS系统中功能很强的控制器及I/O模件，同时在通讯网络又遵循现场总线协议。我们将该系统称之为在通讯和数据传输标的目的遵循现场总线协议的数字式涣散控制系统，暂称该系统为FDCS。
5 参考文献
[1] 周明.现场总线控制. 北京：中国电力出书社，2002.
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