一、現(xiàn)場總線概述
1.1 現(xiàn)場總線的定義和主要標準
根據(jù)國際電工委員會IECl158定義，安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。以現(xiàn)場總線為紐帶，把控制、補償計算、參數(shù)修改、顯示、報警等功能分散到各個現(xiàn)場儀表，實現(xiàn)就地設(shè)備遠程操作、診斷和預(yù)見性維護，從而構(gòu)架出一種全新的數(shù)字控制系統(tǒng)，稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。目前現(xiàn)場總線還未形成統(tǒng)一的標準，常見的現(xiàn)場總線主要有PROFIBUS、基金會現(xiàn)場總線(FF)等。
PROFIBUS(Process Field Bus)始于1987年，由德國工業(yè)界聯(lián)合開發(fā)，其規(guī)則和標準成為德國工業(yè)標準,即DIN E l9245[2]PROFIBUS標準。1996年，德國國家現(xiàn)場總線標準成為國際性標準，即歐洲標準EN50170。2000年3月，PROFIBUS標準被批準為國際現(xiàn)場總線標準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)濟的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時間要求;PROFIBUS-PA用IECⅡ58-2標準，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合;PROFIBUS-FMS主要解決車間級通信，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)場總線作為實現(xiàn)水處理集中控制系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。
基金會現(xiàn)場總線(FF)于1994年由美國Fisher-Rosemount和Honeywell為首成立。它以ISO/OSI開放系統(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F(xiàn)場總線分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、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IECl158-2標準。傳輸信號采用曼冊斯特編碼。
1.2 現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點
現(xiàn)場總線的核心是總線協(xié)議，基礎(chǔ)是智能現(xiàn)場裝置，它具有以下優(yōu)點:(1)由于節(jié)省了大量傳統(tǒng)的IO卡件、隔離器、控制柜、信號電纜及設(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)具有全開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)擴充;(3)系統(tǒng)易學易用、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)簡單，一致性好，有著友善的圖形化的人-機界面;(4)系統(tǒng)可靠性高，全數(shù)字化信號精度比傳統(tǒng)的模擬信號高，高度分散控制使風險得到徹底分攤;(5)系統(tǒng)可維護性好，智能化的現(xiàn)場級設(shè)備，具有自診斷功能，利用大量的非控制信號，可實現(xiàn)就地設(shè)備狀態(tài)遠程控制、診斷及預(yù)見性維護。
二、工程應(yīng)用情況
華能玉環(huán)電廠位于浙江省臺州市玉環(huán)縣大麥嶼開發(fā)區(qū)，規(guī)劃容量為4×1000MW。一期工程2×1000MW機組已于2004年6月28日正式開工，計劃2007年上半年投產(chǎn)發(fā)電;二期工程2×l000MW機組計劃于2008年投產(chǎn)發(fā)電。它是我國第一座百萬千瓦級超超臨界燃煤機組，比國內(nèi)現(xiàn)有最先進的超臨界機組的熱效率高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)場總線技術(shù)，西安熱工研究院有限公司承擔了華能玉環(huán)電廠水處理集中控制系統(tǒng)的設(shè)計、成套及調(diào)試工作。
該系統(tǒng)選用西門子公司的PCS 7作為硬件平臺，配置了2對冗余的主控制器CPU417H，分別用于鍋爐補給水系統(tǒng)、工業(yè)廢水系統(tǒng)。從控制室到現(xiàn)場的控制設(shè)備之間，完全采用現(xiàn)場總線通訊的方式，將水泵電機、風機電機、加藥變頻器、氣動電磁閥、氣動調(diào)節(jié)閥、壓力變送器、流量變送器、液位變送器、化學分析等儀表和現(xiàn)場控制設(shè)備連在一起。所有的現(xiàn)場設(shè)備都具有數(shù)字通訊接口，控制室的指令和現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息都通過現(xiàn)場總線進行傳輸。
該系統(tǒng)中的低壓電器設(shè)備(MCC)采用西門子智能電機控制器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單元。氣動隔膜閥的電磁控制閥采用ET2OOX的閥島來控制，氣動調(diào)節(jié)閥采用氣動閥門定位器。由于SIMOCODE、ET2OOX的閥島和氣動閥門定位器均帶有現(xiàn)場總線接口，可以方便地實現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的連接?，F(xiàn)場的壓力變送器、流量變送器、液位變送器、化學分析儀表等采用PROFIBUS PA總線，所有的現(xiàn)場儀表和執(zhí)行器都通過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)診斷軟件采用西門子專用過程設(shè)備管理軟件SIMATIC PDM。由于全部采用了符合現(xiàn)場總線標準的設(shè)備，可大量采集和傳輸數(shù)字化狀態(tài)信號又不會大幅增加通訊負荷，故可實現(xiàn)就地設(shè)備的遠程診斷，用戶可以根據(jù)設(shè)備診斷信息進行預(yù)見性維護，極大提高了設(shè)備日常維護和管理效率。系統(tǒng)配置如圖1。
三、結(jié)語
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種全開放、全數(shù)字、全分散的新型控制系統(tǒng)，它實現(xiàn)了現(xiàn)場級設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)場設(shè)備級的數(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)電廠補給水及工業(yè)廢水處理現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實施對火電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，加快火電廠數(shù)字化進程，將起到促進作用。
（轉(zhuǎn)載）
