現場總線控制系統在火電廠的應用

馬文暉 白育寧

（內蒙古烏海市海勃灣發電廠，內蒙古 烏海 016000）

1 FCS與DCS相比較最顯著的特點

1.1 DCS系統是個大系統，其控制器功能強而且在系統中的作用十分重要，數據公路更是系統的關鍵，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，信息處理現場化，廣泛采用的數字智能現場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，FCS系統投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

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

1.3 DCS系統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系統是全數字化，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系統可以將PID閉環控制功能裝入變送器或執行器中，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，從而改善調節性能。

1.5 DCS系統可以控制和監視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態。但是，由于其自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統的模擬量信號，無法在DCS工程師站上對現場儀表（含變送器、執行器等）進行遠方診斷、維護和組態。FCS系統采用全數字化技術，數字智能現場裝置發送多變量信息，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系統采用雙向數字通信現場總線信號制。因此，它可以對現場裝置（含變送器、執行器等）進行遠方診斷、維護和組態。FCS系統這點優越性是DCS系統無法比擬的。

1.6 FCS系統由于信息處理現場化，與DCS系統相比，可以省去相當數量的隔離器、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，有專家認為可以節省60%。

1.7 FCS相對于DCS組態簡單，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過程類的FCS在設計開發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，節點監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字智能化發展。

1.8.4 作為針對連續過程類及其儀器儀表而開發的FCS系統，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

現場總線控制系統FCS是一個新型的控制系統，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數據總線（WordlFIP），用于C370控制器之間的數據交換和C370控制器與CENTRALOG通信。F900是一種快速的數據傳輸網絡，基于IEEE的FIP標準（UTEC64＋601607）的工業局域網。

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

通過INTERENT標準協議，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系統的核心是總線協議，即總線標準。也就是說，只有遵循現場總線協議的控制系統，才能稱為現場總線控制系統。

3.2 基礎：FCS系統的基礎是數字智能現場裝置。數字智能現場裝置是FCS系統的硬件支撐。

3.3 本質：FCS系統的本質是信息處理現場化。這是FCS系統效能的體現。

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

4 FCS在火電廠的應用前景

4.1 現場總線控制系統是目前最新型的控制系統，它是一種全計算機、全數字、雙向通信的新型控制系統。現場總線技術給自動化領域帶來了一場革命，代表了自動化的發展方向。數字通信是一種趨勢，也是技術發展的必然。從理論上講，雙向數字通信現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所無法與之相比擬的。

4.2 作為現場總線控制系統的核心部分--總線協議，已經在火電廠控制系統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，也為現場總線控制系統在火電廠推廣應用打下了良好的基礎。

4.3 現場總線控制系統，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聯網控制中，可以發揮最大效益（見例3)。PLC作為一個站掛在高速總線上，充分發揮PLC在處理開關量方向的優勢。現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的一種優選方案。

4.4 由于目前能滿足火電廠控制要求的數字式智能現場裝置的品種還很少，理論上的現場總線效益還不能充分發揮。因此，在大型機組上全面采用典型的現場總線控制系統的時機尚未成熟。

4.5 目的控制系統不失是一種向FCS過渡性的控制系統，它既保留了DCS系統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場總線協議。我們將該系統稱之為在通信和數據傳輸方向遵循現場總線協議的數字式分散控制系統，暫稱該系統為FDCS。

[1]周明.現場總線控制[M].北京：中國電力出版社，2002.

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