一、現(xiàn)場(chǎng)總線概述
1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義和主要標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IECl158定義，安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線。以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，把控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、顯示、報(bào)警等功能分散到各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表，實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備遠(yuǎn)程操作、診斷和預(yù)見(jiàn)性維護(hù)，從而構(gòu)架出一種全新的數(shù)字控制系統(tǒng)，稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)。目前現(xiàn)場(chǎng)總線還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有PROFIBUS、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)等。
PROFIBUS(Process Field Bus)始于1987年，由德國(guó)工業(yè)界聯(lián)合開(kāi)發(fā)，其規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)成為德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),即DIN E l9245[2]PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)。1996年，德國(guó)國(guó)家現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。2000年3月，PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)為國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分(TYPEⅢ)。PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP等3部分組成，其中PROFI-BUS-DP是一種高速(數(shù)據(jù)傳輸速率9.6kb/S～12Mb/s)、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時(shí)間要求;PROFIBUS-PA用IECⅡ58-2標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率為31.25kb/s，提供本質(zhì)安全特性，適用于安全性要求較高以及由總線供電的場(chǎng)合;PROFIBUS-FMS主要解決車(chē)間級(jí)通信，完成中等傳輸速度的循環(huán)或非循環(huán)數(shù)據(jù)交換任務(wù)。使用PROFIBUS技術(shù)核心的公司有SIEMENS、E+H和SOFTING等。華能玉環(huán)電廠綜合各方面因素最終選用了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線作為實(shí)現(xiàn)水處理集中控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)于1994年由美國(guó)Fisher-Rosemount和Honeywell為首成立。它以ISO/OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分Hl和H2兩種通信速率。Hl的傳輸速率為31.25kb/s，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。支持雙絞線、光纜和無(wú)線發(fā)射，協(xié)議符號(hào)IECl158-2標(biāo)準(zhǔn)。傳輸信號(hào)采用曼冊(cè)斯特編碼。
1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)
現(xiàn)場(chǎng)總線的核心是總線協(xié)議，基礎(chǔ)是智能現(xiàn)場(chǎng)裝置，它具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)由于節(jié)省了大量傳統(tǒng)的IO卡件、隔離器、控制柜、信號(hào)電纜及設(shè)備間連接電纜，且安裝、調(diào)試方便，使系統(tǒng)成本大大降低;(2)具有全開(kāi)放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)擴(kuò)充;(3)系統(tǒng)易學(xué)易用、可控性好，各種設(shè)備的功能設(shè)置、相互鏈接、下載等組態(tài)簡(jiǎn)單，一致性好，有著友善的圖形化的人-機(jī)界面;(4)系統(tǒng)可靠性高，全數(shù)字化信號(hào)精度比傳統(tǒng)的模擬信號(hào)高，高度分散控制使風(fēng)險(xiǎn)得到徹底分?jǐn)?(5)系統(tǒng)可維護(hù)性好，智能化的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備，具有自診斷功能，利用大量的非控制信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程控制、診斷及預(yù)見(jiàn)性維護(hù)。
二、工程應(yīng)用情況
華能玉環(huán)電廠位于浙江省臺(tái)州市玉環(huán)縣大麥嶼開(kāi)發(fā)區(qū)，規(guī)劃容量為4×1000MW。一期工程2×1000MW機(jī)組已于2004年6月28日正式開(kāi)工，計(jì)劃2007年上半年投產(chǎn)發(fā)電;二期工程2×l000MW機(jī)組計(jì)劃于2008年投產(chǎn)發(fā)電。它是我國(guó)第一座百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組，比國(guó)內(nèi)現(xiàn)有最先進(jìn)的超臨界機(jī)組的熱效率高2%～3%。
玉環(huán)電廠在水處理集中控制系統(tǒng)全面采用了PROFIBUS DP/PA現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，西安熱工研究院有限公司承擔(dān)了華能玉環(huán)電廠水處理集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、成套及調(diào)試工作。
該系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的PCS 7作為硬件平臺(tái)，配置了2對(duì)冗余的主控制器CPU417H，分別用于鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、工業(yè)廢水系統(tǒng)。從控制室到現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備之間，完全采用現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的方式，將水泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、加藥變頻器、氣動(dòng)電磁閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力變送器、流量變送器、液位變送器、化學(xué)分析等儀表和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備連在一起。所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具有數(shù)字通訊接口，控制室的指令和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信息都通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行傳輸。
該系統(tǒng)中的低壓電器設(shè)備(MCC)采用西門(mén)子智能電機(jī)控制器SIMOCODE,配上相應(yīng)的斷路器、接觸器構(gòu)成完整的智能控制保護(hù)單元。氣動(dòng)隔膜閥的電磁控制閥采用ET2OOX的閥島來(lái)控制，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用氣動(dòng)閥門(mén)定位器。由于SIMOCODE、ET2OOX的閥島和氣動(dòng)閥門(mén)定位器均帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的連接。現(xiàn)場(chǎng)的壓力變送器、流量變送器、液位變送器、化學(xué)分析儀表等采用PROFIBUS PA總線，所有的現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器都通過(guò)DP/PA耦合器連接到總線網(wǎng)絡(luò)上。
系統(tǒng)組態(tài)軟件采用西門(mén)子STEP7，監(jiān)控軟件采用Intellution公司IFX3.6，設(shè)備狀態(tài)診斷軟件采用西門(mén)子專(zhuān)用過(guò)程設(shè)備管理軟件SIMATIC PDM。由于全部采用了符合現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，可大量采集和傳輸數(shù)字化狀態(tài)信號(hào)又不會(huì)大幅增加通訊負(fù)荷，故可實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷，用戶可以根據(jù)設(shè)備診斷信息進(jìn)行預(yù)見(jiàn)性維護(hù)，極大提高了設(shè)備日常維護(hù)和管理效率。系統(tǒng)配置如圖1。
三、結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是一種全開(kāi)放、全數(shù)字、全分散的新型控制系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化是火電廠數(shù)字化管理的基礎(chǔ)，全面使用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)必將大大提高發(fā)電企業(yè)的管理效率。華能玉環(huán)電廠補(bǔ)給水及工業(yè)廢水處理現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)火電廠應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，加快火電廠數(shù)字化進(jìn)程，將起到促進(jìn)作用。
（轉(zhuǎn)載）
