现场总线应用于发电厂电气控制系统的研究

到目前，发电厂机组控制系统一直采用DCS 。在传统的DCS中，体现的是集中管理与分散控制的控制策略。但是，DCS中通信系统是由封闭的专用网络实现的，因此带来了其自身的局限性。近年来，随着现场总线技术的发展，出现了现场总线控制系统(FCS)，现场总线控制系统采用标准的网络，组成了新型的全分布式结构，将控制功能彻底向下分散到了现场，依靠现场智能设备实现基本控制功能，使建立数字化电厂的目标成为可能。发电厂数字化(数字化电厂)是发电厂信息化的基础，而发电厂数字化的核心是推广应用现场总线系统[l]。

1 现场总线技术的应用

现场总线是用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互联的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统，其技术特点：(l)现场总线的通信协议都是公开的，可与任何遵守相同标准的其它设备互联;(2)系统互可操作性与互用性;(3)现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态;(4)现场总线是一种构成全分布式控制系统的体系结构，可提高控制系统的可靠性;(5)对现场环境有较强的适应性，具有较强的抗干扰能力。

1.1 Lonworks

Lonworks由美国Ecelon公司推出，其采用了150/051模型的全部7层通信协议及面向对象的设计方法，支持完全分布式的网络控制技术，是开放且可互操作控制系统的一个技术平台。谊过网络变量，把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bit/s至15Mbit/s 不等，直接通信距离可达到2700m(78kbit/s，双绞线)，支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，被誉为通用控制网络。目前，Lonworks主要应用于工业控制、楼宇自动化、数据采集、数据采集与监视控制系统(SCADA)等，国内主要应用于电力自动化和楼宇自动化方面，其具有如下特点[2]。

(1) Lonworks技术核心是神经元芯片(Neuron chip)，该芯片具备通信和控制功能，并且固化了150/051的全部7层通信协议，以及 34种常见的1/0 控制对象。

(2) 采用一种基于载波侦听多路访问/介质访问控制(CSMA/MAC)的新型通信模式，称为带预测的P-Persistent CSMA算法，有效地避免了网络的频繁碰撞，可在重负载的情况下保持网络通讯性能。

(3) LonworkS使用网络变量与其它节点通信，使网络通信的设计简化成为参数设置，从而大大简化了复杂的分布式应用编程，提高了通信的可靠性。

(4)通信的每帧有效字节可以从。到 228 个字节。

(5)通信速度可达1.25 Mbit/S(有效距离为130m)。

(6)测控网络上的节点数可以达到32000个。

(7)直接通信距离可以达到270Om(双绞线，通信速率 78 kbit/S)。

(8)针对不同的通信介质有不同的收发器和路由器。

(9) Lonworks网络支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构，极大地方便了控制网络的构建。

1.2 Profibus 现场总线

ProfibuS为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准，其最大传输速率为12 Mbit/s，传输距离为100m和400m，传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点，主要应用于制造业、过程、发电、输配电、楼宇、铁路交通等控制。

1.3 CANBUS

CAN 是控制网络ControlAreaNetwork的简称，其总线规范现已被150国际标准组织制订为国际标准。CANBUS 现场总线主要应用于汽车制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/0 。另外，在电梯、医疗器械、工具机床、楼宇自动化等方面均有所应用。

　　2 现场总线技术在厂用电电气全通信模式中的应用

FECS的目标是利用数字化厂用电监控管理系统实现一体化控制，其使用范围是发一变组电气系统、厂用电电气系统等设备的监控。电气系统运行监控以母线、变压器、发电机、电动机的电气单元开关(断路器及相关隔离、接地刀闸为一个间隔单元)为控制对象。本文以2台600MW机组FECS为例，介绍采用LonWorkS现场总线技术在FECS中的应用。

2.1 系统网络结构

FECS 采用的网络结构如图1所示。

图1中，系统由2套FECS组成，其中1套系统包括1号机组和公用系统，另1套包括2号机组和公用系统。

由图1中可见，FECS采用分层分布式结构，系统自上而下分为站控层、分布控制层和间隔层3层。分布控制层和间隔层设备可分散配置，易于设备维护和系统扩展;站控层和分布控制层之间的网络采用1000 Mbit/s/100 Mbit/s以太网;分布控制层和间隔层之间采用 Lonworks现场总线网络。

站控层是整个系统的控制管理中心，完成对整个系统的数据收集、处理、显示、