现场总线控制系统在1000MW机组辅控车间的应用

FCS165具有DCS的功能和结构，同事融入了现场总线技术。在分布式控制站(DPU)中，冗余控制器(FCP01)在常规I/O模件通过冗余的CAN总线进行通信，通过背板并行总线与控制器交换数据。相邻的FPB01组成冗余 Profibus-DP主网段，可直接连接具备标准Profibus协议的现场总线仪表、设备、通信组件等。FCS165的冗余主控以太网、图形化组态界面、操作员站、历史站等与DCS相同。
　　1.1 硬件参数
　　(l)系统电源PSM01 FCS165配置冗余电源，其采用可靠性较高的美国军用集成电源模块，环境温度为-50～85℃，工作电压为85～265VAC。
　　(2)主控制器FCP01 FCP01采用32位精简指令集(RISC)嵌入式CPU, 200MIPS(每秒百万个指令)运算速度，32Mbit闪存，128Mbit内存，100Mbit/s工业以太网控制器。该控制器超低功耗4.2W，最快运算周期10ms,1∶1冗余热备，支持带电热插拔模件。
　　(3)现场总线通讯卡FPBOI FPB01直接插入控制器机箱的槽位中，与控制器通过底板并行总线交换数据，1∶1冗余热备。现场总线智能设备能够直接挂在相应的通信网段上，设备数据、状态和诊断信息直接输入FCP01实时数据库，可与传统I/O信号统一用于控制组态和运算。
　　(4)常规I/O模件FCS165具有15种I/O模件，它们与FCP01之间通过冗余的CAN总线进行通信，其中有4种为针对电站开发的专用模件：16通道事件顺序记录(SOE)模件，分辨率为0.4ms，具有软件过滤抖动(4ms)功能;转速测量及超速保护模件FSD01测量脉冲信号为0～10kHz，测量和保护周期≤5 ms;电液伺服阀控制模件FHS01可接受3路线性可变差动变压器(LVDT, 3取中),2路冗余伺服阀驱动，具有自动校验、闭环控制、紧急手动跳闸功能;第三方通信模件FCM01具有2路Modbus串口(可互为冗余)和1路以太网接口。
　　1.2 软件参数
　　(l)功能算法块 9类92种功能算法块可满足1000MW机组控制的要求，较进口DCS算法块更易掌握。
　　(2)人机交互软件工程师组态工具简捷、安全、可靠，且易掌握，具有完善的系统诊断(从网络、控制器、I/O模件到I/O通道)功能及趋势功能，历史趋势最小分辨时间可达0.55;报表功能完善，可便捷地生成、查询各种类型的报表。
　　1.3 Profibus控制系统
　　FPB01为智能模件，其含有微控制器及存储器。FPB01独立完成主站协议的通信调度，管理与各从站的通信进程。FPB01与Profibus-DP从站之间的诊断请求、从站参数设置、从站组态、数据交换以及全局控制报文通过Profibus协议芯片进行解析，FPB01模件访问协议芯片地址寄存器并获得数据后，通过并行总线与FCP01进行数据交换。
　　相邻槽位的FPB01互为冗余，在初始上电或下装主站参数集后，主 FPB01自动向备用FPB01进行组态参数集合的同步传输;在主FPB01与 Profibus-DP从站进行数据交换过程中，主FPB01周期性向备用FPB01进行数据同步传输，当主FPB01故障时可自动无扰切换到备用FPB01继续完成通信任务。
　　FCS165的网络结构分为控制网和设备网2层(图l)。控制网为控制站(DPU)与人机界面站(操作员站、工程师站等)连接的100Mbit冗余以太网，设备网为冗余Proftbus通信主站FPB01与现场总线设备从站组成的 Profibus-DP、Profibus-PA网络。为了保证远程通信可靠性，采用冗余光电转换装置和光纤形成冗余光纤环网，通过二合一措施使Profibus-DP 电缆连接就地的单Profibus-DP接口从站，或者通过Profibus-DP/PA Coupler藕合器形成Profibus-PA网段，连接Profibus-PA从站。如果为双ProfibuS-DP接口从站，冗余光电转换装置可直接连接冗余Profibus-DP总线。

FCS165的全中文界面FPBConfig组态工具提供了对主站、从站及网络通信组态的手段，可以完全解析具有DPV0和DPV1功能的从站GSD文件，并将该GSD文件导入FCS165的Profibus组态软件中。组态工具界面如图2所示。画面左侧为树形结构，主要用于组态背板BCF02、控制器FCP01、通信主站FPB01和从站，画面右侧为参数区域，包括主站参数和从站参数。

可对主站参数(Profibus一DP总线通信波特率、主站地址、看门狗时间、最小从站间隔时间等)进行组态，也可对从站设备(地址、选择相应GSD文件中的模块等)进行组态。通过映射控制器及通信主站，选择 Profibus通信数据点，将数据点组态到FCS165数据库中。
　　可对主站参数(Profibus-DP总线通信波特率、主站地址、看门狗时间、最小从站间隔时间等)进行组态，也可对从站设备(地址、选择相应 GSD文件中的模块等)进行组态。通过映射控制器及通信主站，选择 Profibus通信数据点，将数据点组态到FCS165数据库中。
　　1.4 状态及诊断信息
　　(l) Profibus数据结构FPB01采用Profibus-DP标准通信协议与从站进行循环数据通信，FPB01向系统数据库提供主站卡状态信息、从站诊断信息以及从站I/O数据。
　　(2) Profibus主站状态信息FPB01提供的主站卡状态信息有16个字节，其中字节1为主站卡工作方式(0为离线，1为停止，2为清除，3为运行)，字节8为主站卡地址，字节10为备用卡地址，字节9为主站卡工作状态，字节11为备用卡工作状态等。
　　(3) Profibus从站诊断信.息FPB01提供符合Proftbus标准协议的从站诊断信息，共有6个字节。了第，字节中，bit0=1表示该从站不存在;bit1=1表示该从站未准备数据的周期性交换;bit2=1 表示组态配置初始化出错;bit3=1表示有扩展诊断信息等。根据实际需求可以将扩展诊断信息纳入FCS165数据库中，以便迅速定位从站故障。
　　(4)从站I/O数据根据不同从站的技术文档组态Profibus-DP从站的 I/O数据，开关量可组态1位，模拟量可组态1个或若干个字节; Profibus-PA从站的I/O数据比较固定，通常1个数据单元为4个字节，浮点数加1个字节状态信息。
　　二、FCS165应用
　　根据重要设备分散布局的设计原则，采用FCS165构建了华能金陵电厂 2×10OOMW机组净水站和废水处理现场总线控制系统，将Profibus-DP设备分散设计在不同的总线网段上。净水站设置2个冗余控制站(11号和15号站)，每个控制站设计3对冗余Profi-bus总线通信主站FPB01。将11号控制站中的1号总线、2号总线设计为Profibus-DP网段，3号总线设计为 Profibus-PA网段;15号控制站中的1号总线设计为Profibus-PA网段，2号总线、3号总线设计为Profibus-DP网段。Profibus-DP网段设计速率为500kbit/s，配置Profibus-DP设备21台(包括电机控制、电动门、变频器、电磁阀岛等)、Profibus-PA设备17台(包括pH计、电磁流量计、压力/差压变送器、超声波液位变送器等)。
　　为了适应远距离控制，在控制室程控柜与就地通信柜之间增加光电转换装置(NSK)构成冗余光纤环网。程控柜中冗余通信主站FPB01与1对主 NSK连接，再通过恺装光纤与就地通信箱中的1对从NSK连接，l对从NSK共同管理l条Profibus-DP网段，该电缆直接与Profibus-DP从站连接，或者通过DP/PA Coupler藕合器连接Profibus-PA从站。
　　净水站现场总线控制系统除配置Profibus通信主站外，还配置了常规I/O模件，共计5种类型(16通道DI模件、16通道DO模件、8通道AI模件、8通道AO模件和12通道RTD模件)，总I/O点数为356点。控制逻辑、画面的组态全部使用FCS165集成的软件工具。控制逻辑采用符合IEC61131-3标准的功能块 (FBD)图形方式组态，每对FCP01可容纳512页功能块组态图，每页图可容纳256个功能块。
　　废水处理现场总线控制系统的结构和设计原则与净水系统相同。该系统设计了3对冗余控制站，配置8对冗余FPB01，连接Profibus-DP设备46 台，PA设备16台，常规I/O总点数为328点。
　　三、结语
　　华能金陵电厂2×l000MW机组净水站和废水处理现场总线控制系统与进口PLC、国外监控软件iFix实现双向数据通信和系统间的互连互操，净水站和废水处理现场总线控制系统投运后，经历了夏季40℃高温和冬季0℃以下低温的考验，系统运行稳定，满足净水站和废水处理系统的控制要求。