前言：
自動(dòng)化與信息化高度統(tǒng)一是數(shù)字化電廠的重要特征。要實(shí)現(xiàn)電廠的數(shù)字化生產(chǎn)與管控，就必須基于電廠采用先進(jìn)采集設(shè)備、控制系統(tǒng)和安全高效的網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，集成監(jiān)、控、管的一體化智能系統(tǒng)，是儀器儀表技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)與管理技術(shù)的全面融合。
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
在DCS與PLC不斷更新?lián)Q代、技術(shù)升級(jí)的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ield Control System）正在引發(fā)自動(dòng)控制領(lǐng)域的革命，工業(yè)過(guò)程控制對(duì)大量現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、傳遞和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及對(duì)精度、可靠性、管控一體化都提出了更新、更高的要求。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（DCS、PLC）已不能滿足這些要求，而且傳統(tǒng)控制系統(tǒng)具有控制不能徹底分散、故障相對(duì)集中、系統(tǒng)不徹底開(kāi)放、成本較高等缺點(diǎn)，于是通過(guò)數(shù)字通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和微處理器技術(shù)的融合，把傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的混合系統(tǒng)變成全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)，從而產(chǎn)生了新一代的控制系統(tǒng)FCS。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，F(xiàn)CS具備多功能的智能化現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字儀表并更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化與開(kāi)放性。
由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的先進(jìn)性還可以大量節(jié)省投資（如電纜、電纜橋架、電氣控制柜乃至中控室占地面積）并提高系統(tǒng)信息量，可方便地進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)在線診斷、設(shè)備管理、優(yōu)化檢修，華能南京金陵電廠在綜合對(duì)比論證的基礎(chǔ)上，決定在2X1000MW超超臨界燃煤機(jī)組主輔控系統(tǒng)中全面選用FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線）系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)首個(gè)超超臨界機(jī)組的實(shí)際工程應(yīng)用。（華能九臺(tái)電廠2X660MW為國(guó)內(nèi)首個(gè)全廠范圍選用FCS系統(tǒng)的超臨界機(jī)組。）
目前國(guó)際市場(chǎng)得到應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線還未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其中，PROFIBUS和 FF (基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線)兩種總線標(biāo)準(zhǔn)被公認(rèn)為較適用于火電機(jī)組自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
兩種總線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比而言，F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制，不足之處在于產(chǎn)品系列不全，往往會(huì)給構(gòu)建完整統(tǒng)一的總線網(wǎng)絡(luò)造成困難，需要與其他總線混合應(yīng)用；而PROFIBUS側(cè)重離散量控制，同時(shí)也適用于連續(xù)量控制，并且得到了相當(dāng)數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備廠商的普遍支持。
PROFIBUS簡(jiǎn)介
PROFIBUS是l987年德國(guó)聯(lián)邦科技部制訂的現(xiàn)場(chǎng)總線德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前是IEC 61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的Type3部分。物理接口采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€性總線兩端加終端電阻。
根據(jù)總線結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)的不同，PROFIBUS由3個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS- FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS- PA。
其中，PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)．診斷和報(bào)警處理。PROFIBUS-DP采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，通訊介質(zhì)可以是雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率可以從9.6K bit/s到12M bit/s之間選擇。
PROFIBUS-PA適用于PROFIBUS 的過(guò)程自動(dòng)化。PROFIBUS-PA將自動(dòng)化系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)與壓力．濕度和液位變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，PROFIBUS-PA可用來(lái)替代4-20mA的模擬技術(shù)。
PROFIBUS-PA具有如下特性：
（1） 適合過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的行規(guī)使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互換性。
（2） 增加和去除總線站點(diǎn)，即使在本征安全地區(qū)也不會(huì)影響到其它站。
（3） 在過(guò)程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA段與制造業(yè)自動(dòng)化的PROFIBUS-DP總線段之間通過(guò)藕合器連接，并使可實(shí)現(xiàn)兩段間的透明通信。
（4） 使用與IEC1158－2技術(shù)相同的雙絞線完成遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳送。
（5） 在潛在的爆炸危險(xiǎn)區(qū)可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。
在確定使用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)后，華能南京金陵電廠與多家自動(dòng)化系統(tǒng)廠商進(jìn)行了深入技術(shù)交流，并與設(shè)計(jì)院確定重點(diǎn)品牌范圍，積極聯(lián)系各總線設(shè)備廠商提供設(shè)備樣品送自動(dòng)化系統(tǒng)廠商進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測(cè)試，西安熱工院作為技術(shù)支持方出具測(cè)試報(bào)告，最終設(shè)備僅在通過(guò)測(cè)試的產(chǎn)品中選擇。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試與綜合論證，華能南京金陵電廠選用了基于PROFIBUS的西門子基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的DCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。
具體實(shí)施
主控系統(tǒng)
本臺(tái)機(jī)組主控系統(tǒng)共有26＋2對(duì)（公用系統(tǒng)）控制器，設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)總線通訊柜35只、51個(gè)冗余PROFIBUS-DP網(wǎng)段、11個(gè)非冗余PROFIBUS-DP網(wǎng)段、124個(gè)PROFIBUS-PA網(wǎng)段，其中PROFIBUS-DP連接358個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（包括電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、馬達(dá)控制器、分析儀表、變頻器等）、PROFIBUS-PA連接628個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（包括壓力變送器、溫度變送器、流量計(jì)、定位器及液位計(jì)等），涵蓋了25個(gè)工藝系統(tǒng)，采用了13種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，基本包括了主機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)中的所有典型設(shè)備。
鑒于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)、汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）和給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要，回路處理速度要求高，因此對(duì)上述系統(tǒng)還是采用常規(guī)控制方式，不納入FCS系統(tǒng)。
輔控系統(tǒng)
補(bǔ)給水、凝結(jié)水精處理、凈水、廢水、脫硫系統(tǒng)均采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。輔控范圍內(nèi)總線設(shè)備數(shù)量達(dá)665 個(gè)。
DCS系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
以DCS控制器AP102為例，現(xiàn)場(chǎng)總線由控制柜的雙PROFIBUS-DP主站引出，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊(OLM)經(jīng)光纖延伸到現(xiàn)場(chǎng)，連接1個(gè)PROFIBUS-DP冗余網(wǎng)段、1個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)段和2個(gè)PA網(wǎng)段，PROFIBUS-DP網(wǎng)段分2組，均用PROFIBUS-DP／DP鏈接器把單接口就地PROFIBUS-DP設(shè)備接入冗余PROFIBUS-DP總線，第1組用來(lái)連接系統(tǒng)內(nèi)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用菊花鏈型連接方式；第2組通過(guò)Y-LINK連接馬達(dá)控制器（單口），在每段PROFIBUS-DP總線的末端單獨(dú)增加1個(gè)有源終端電阻，使傳輸線路阻抗匹配，保證通信的可靠性。PROFIBUS-PA網(wǎng)段由PROFIBUS-DP／PA鏈接器從冗余PROFIBUS-DP總線上接出，連接測(cè)量變送器信號(hào)。
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