现场总线控制系统在火电厂的成功尝试

现场总线技术自80年代末至90年代初, 逐步形成第五代过程控制体系结构(现场总线制式FCS：Fieldbus Control System)，FCS在国外的制造、石化、楼宇等行业应用较广泛，在国内石化、化工、冶金等过程控制领域也开始推广。到目前为止，国外火电厂FCS仍以中、小型工程的示例居多，完整FCS网络应用于大型电站的示例目前只有德国尼德豪森电厂的报道。在国内，个别电厂部分设备和局部系统采用了现场总线技术，但缺乏完整系统的应用示例。

华能玉环电厂4×1000MW超超临界燃煤机组水处理控制系统采用Profibus现场总线技术，进行了全新的设计、开发、试验、安装、调试。该系统完全按照现场总线技术的设计理念，构建了监控层网络(冗余工业以太网)、控制层网络(冗余Profibus光环)和现场设备层网络(Profibus-DP,PA);系统中采用了多种现场总线智能仪表和设备，并集成不同公司的Profibus产品，实现互联和互操;开发了中文界面的信息诊断和设备管理软件，充分利用现场总线仪表和设备提供的状态和诊断信息，发挥现场总线技术本质的优越性。该套FCS系统已于2006年2月底投入稳定、长期运行。

一、华能玉环电厂Profibus现场总线控制系统网络结构

华能玉环电厂水处理FCS控制和监视系统，包含了锅炉补给水处理和工业废水处理两个子系统。两个子系统各配置一对冗余PLC控制器(西门子 S7-417H)，冗余控制器通过冗余Profibus-DP光环与现场冗余通讯链路器(Y-LINK)相联。现场Y-LINK产生的Profibus-DP支路挂接DP通讯接口的仪表、控制单元;通过DP/PA耦合器产生Profibus-PA支路，挂接现场的PA变送器。锅炉补给水和废水处理各自的PLC控制器形成2个独立的主控Profibus-DP冗余光环。废水控制系统的控制器通过冗余光纤联到锅炉补给水控制机柜内的交换机上。水处理FCS控制监视系统配置2个操作员站，1个工程师站(可兼操作员站)，安装在锅炉补给水控制室。操作员站、工程师站、控制站通过工业级交换机连接到双星型工业以太网中。

由于目前Profibus-DP和PA仪表和设备均无冗余通讯接口，因此在仪表和设备相对集中的现场设计DP或PA支路，连接这些设备。而不同区域之间的DP、PA支路，通过Y-LINK接入冗余DP光环。这样既保证了电厂通讯网络的可靠性，又满足了Profibus现场总线设备的通讯条件。水处理FCS监控系统的网络总体结构如图1-1所示。　　

图1-1华能玉环电厂水处理FCS监控系统网络总体示意图

在Profibus-DP支路上连接了四类DP仪表和设备：超声波液位计(单点或双点)、电机保护和控制单元(SIMOCODE)、变频器、开关量控制单元(ET200x)及气动阀岛。在Profibu-PA支路上连接了三类PA仪表：差压(流量)变送器、压力变送器、磁翻板液位变送器。这些仪表和设备来自西门子、ABB、FESTO(费斯托)等国外公司和上海某仪表公司。

二、现场总线仪表和设备的应用

国际上有上百家公司支持Profibus标准，生产符合该现场总线国际标准的产品。集成和应用现场总线仪表和设备是FCS的关键技术之一，特别是实现不同公司产品的互联、互操具有重要的工程意义。以下简要介绍几类典型的Profibus设备和仪表的集成和组态。

2.1电机保护和控制单元(SIMOCODE)

SIMOCODE具有Profibus-DP通讯接口，通过软件组态可实现对电机的正转、反转、停止控制，还具有过流报警、过流和堵转保护跳闸、起动曲线设定、过流冷却保护等功能。通过Profibus网络，能够在工程师站对SIMOCODE进行监视、调整参数和修改软件组态。

SIMOCODE通过DP总线与控制器交换的数据能够组态设定，循环周期通讯数据可组态为输出4字节，输入4～12字节。我们根据现场设备配备的实际情况，组态了4字节输入和4字节输出(循环周期通讯数据)，读入非循环周期通讯数据20字节，包括报警、诊断、统计数据，用于信息诊断和设备管理。

控制逻辑向SIMOCODE发出的的控制指令字节，包括正转、反转、停止、过载测试、紧急启动、就地手动/远方自动、故障复位、CPU故障/正常;控制器读入SIMOCODE的反馈字节，包括电机电流(模拟量，2字节)、电机运行、停止、过载报警、就地手动/远方自动、电气总报警、电气总故障、接触器异常失电、母线电压低、断路器保护跳闸。我们利用SIMOCODE的智能控制，组态了现场的保护跳闸功能：接触器异常失电、母线电压低、断路器断开等条件出现，即刻自动跳闸电动机，不需要控制器的指令。

2.2 开关量控制单元(ET200x)和阀岛

ET200X是一种分布式I/O控制单元，设计的保护等级为IP65/IP67。在系统中，它作为DP从站，需要通过编程与控制器主站进行数据交换。ET200x(西门子)输出指令控