现场总线应用于发电厂电气控制系统的研究

监视功能，经过授权对电气设备进行控制。站控层对DCS/FCS完全开放，提供电气设备管理和操作功能。

分布控制层是FECS的核心层，由主控单元组成，主控单元集监控子站、终端设备管理机和通信管理机等于一体，完成站控层和间隔层之间的实时信息交换，实现与DCS、调度中心的数据交换，同时可以实现发电厂电气逻辑控制功能。这样，既保持了DCS集散控制系统的设计思想，又采纳了FCS的实现原则。分布控制层采用LonworkS网络，即主控单元和间隔层的继电保护装置之间采用Lonwork网络。

间隔层由各种保护测控装置和智能设备组成，完成就地电气设备的保护、测量、控制功能，通过现场总线通信方式与分布控制层通信。间隔层装置组成的 LonworkS 网络，由于是总线型网络，很容易实现冗余双网络。采用主动上送式规约，具有变化量突发上送的功能，实时性好，占用信道带宽少，响应速度较快。

2.2 工艺流程组网方式

在全通信模式中，间隔层的组网方式采用工艺流程组网(图2)，即按照DCS中DPU的配置来配置主控单元，把与热工生产流程密切相关的保护、测控装置(6kV和380V)组成的Lonworks现场总线网络接人主控单元。主控单元与DCS DPU一一对应，其它智能设备通过一对主控单元接入系统，同时将智能设备信息通过主控单元输入DCS 。采用工艺流程组网，提高了系统的实时性和可靠性，可适应DCS控制逻辑的工艺联锁需要;采用LonworkS网络，继电保护装置以分布式I/0的方式参与DCS控制;采用通信的方式与DPU交换数据，减少了硬接线，节省了投资，提高了发电厂监控的信息量。

2.3 数据信息处理功能

(1)事故分析信息管理中包括告警信息管理、保护信息管理、系统日志信息管理、装置故障录波管理、系统事故顺序记录( S OE )管理、主控单元操作记录管理。

(2)实现电动机的起动过程录波，可以根据波形分析电动机及控制阀的故障和状态。

(3)机组发电量统计、变压器负荷率统计、损耗统计、厂用电回路的功率因数和发电机功率因数及电度量分时统计、厂用电率统计等。

(4)系统控制权切换管理。FECS与DCS一体化控制中涉及到DCS、FECS 2个系统的控制权限，FECS控制权管理功能基于IEC61131-3逻辑模块，控制权管理可以根据用户组态，在任意一个系统上完成控制操作及控制权限的切换。主控单元可以记录必要控制操作信息，以保证电气控制系统(ECS)、DCS以及其它控制系统之间的控制权限的可靠切换以及控制操作的安全管理。

2.4 与DCS实现一体化控制

电气设备以分布式I/0的形式参与DCS控制，这就涉及到FECS和DCS信息的交换。在FECS设计中，采用了2种方式与DCS交换数据(图3)，一种是主控单元与DPU之间通信;另一种是转发工作站和DCS后台之间通信。现场总线/工业以太网设计中采取以下措施保证通信的可靠性：

(1) 冗余措施 通信网络的冗余和通信单元的冗余，保证在单一网络或者通信单元故障的情况下数据能够正常正确地传输。

(2) 校验措施 在通信机制和通信数据上的校验，保证了在数据传输过程中因干扰产生误码或者数据丢失时不影响数据的正确性。

(3) 诊断和自检措施 运行过程中对通信单元、通信接口在线进行诊断和自检，发现异常则进行切换或者报警。

(4) 全厂控制权管理 FECS和DCS的信息交换全部采用通信方式，从而减少控制电缆。FECS参与DCS控制的范围由纯电气部分的控制(例如电源控制)扩展为对6kV、380V电动机的控制。FECS作为DCS的子系统参与控制，完成电气实时数据采集和控制功能。

　　2.5 技术经济性分析

将 2×600MW机组常规控制方案与2×600MW基于现场总线的FECS方案进行对比表明：

(1) FECS设计方案的综合技术性能水平高，信息量是常规应用方式的2倍;电气信息量是传统硬接线的10倍以上。

(2) FECS丰富的信息为发电厂的经济运行和检修维护提供了依据，提高了电厂运行的经济性、安全性。

(3) 采用FECS方案，节省大量电缆、变送器、占地面积、检修维护费用。

(4) 采用FECS方案，实现了管控一体化。

3 发电厂中各种现场总线的互联

发电厂中常用的现场总线有：LonworkS、Profibus、CANBUS，此外还有PLC控制系统比较常用的Modbus和CC-Link总线等。支持同一种现场总线的不同设备之间可进行互联，而不同种类的现场总线不能进行互联。对此，瑞士 HMS 公司提供了将不同工业网络进行互联的产品使不同种类的现场总线接人任意主流工业网络。目前，发电厂中不同现场总线之间可以通过网关或者通过 OPC 协议进行互联。本文采用主控单元实现不同协议现场总线之间的互联(图2)。

[1] 侯子良.推广应用现场总线系统全面实现火电厂数字化[J].中国电力，2004