现场总线在江阴夏港电厂的应用

三、现场总线技术应用方案
NETWORK-6000+分散控制系统由系统网络、人机界面、控制网络、分散处理单元、I/O网络（PROFIBUS）和I/O模件等部分组成。NETWORK-6000+可广泛应用在火电厂主机、辅机控制上，下面介绍PROFIBUS现场总线技术在夏港电厂DCS系统的应用。
NETWORK-6000＋分散控制系统，其分散处理单元（DPU）T940X的CPU采用Pentium级芯片，主频266MHZ，闪存不小于8Mbyte,可联结1024点I/O，运行2000个Block，具有强大的处理能力，是目前世界上速度最快的DPU之一，DPU和I/O机架之间通讯速率高达12Mbps。每对控制器最多可带122个I/O机架。I/O机架与T940X通讯使用PROFIBUS－DP协议。图一是T940X与EPAI/O机架、SIMOCODE系统连接示意图：

图一、T940X的Profibus连接

T940X控制器的主要性能指标如下：
●电源冗余；
●控制器冗余；
●冗余ELIN（EtherNetforLIN）网络；
●PROFIBUS网络接口，支持PROFIBUS－DP标准；
●具有MODBUS通讯接口；
●具有电源、通讯、看门狗、运行、后备指示。
在工程中，NETWORK-6000＋分散控制系统配置了三级网络：系统网络、控制网络和I/O网络。I/O网络完成的是DPU和I/O模件及SIMOCODE的数据交换，控制策略的运算在DPU中完成。
控制网络基于工业以太网技术，主要完成DPU之间、DPU和操作员站之间的数据交换，速度是100Mbps，符合IEEE802.4协议的令牌工业控制网络，可1:1冗余，具有通讯接口自诊断能力。T940X具有一对以太网接口，通过工业以太网交换机与系统相连。以太网交换机采用快速生成树协议或专用协议实现环状冗余连接。当出现网络故障后，路径切换时间小于300毫秒。基于双绞线的最大长度是100m，基于光纤的最大长度可达数公里，最大可以支持512个站。
系统网络主要完成数据服务器、工程师站、操作员站和MIS的数据交换，采用冗余以太网，TCP/IP协议。
受DCS控制的400V电机采用的SIMOCODE，现场配置了控制面板，以方便就地操作，SIMOCODE安装在电力抽屉柜中，通过拉出/推进进行电源分/合操作。
图二所示的是SIMOCODE基本单元。带有四个输入和四个输出的基本单元自动执行所有保护和控制功能，并提供与PROFIBUS-DP的连接。四个输入由内部的24VDC电源供电。扩展模块、操作面板、手操设备或PC均可通过系统接口和基本单元相连。该基本单元有三种不同的控制电源电压类型：24VDC，115VAC，230VAC。项目中采用230VAC供电。

图二、SIMOCODE基本单元

图三是SIMOCODE控制面板，用于就地进行手动控制。它可连接至基本单元和扩展模块，由基本单元供电，有接口可连接手操设备或PC。控制面板安装在电气柜门前面板内，三个按钮和六个LED批示灯都可进行编程设置。

SIMOCODE用SIEMENSPROFIBUS屏蔽双绞线电缆作为传输介质。而T940X与I/O机架使用UTP电缆（超五类双绞线）。实际连接时，SIMOCODE和I/O机架混合连接在T940X在PROFIBUS接口上，T940X作为唯一主站分别和SIMOCODE和I/O机架通讯。考虑到两类电缆阻抗匹配，在UTP电缆和PROFIBUS屏蔽双绞线电缆之间用SIEMENSRS485中继器作为信号放大用。

图四是SIMOCODE在一般DCS/PLC系统中的配置应用。

四、现场总线技术在江阴夏港电厂的应用效果
江阴夏港电厂的两台33万千瓦单元机组及其辅助车间系统，大量采用了现场总线通讯技术，400V电机基本上都采用SIMOCODE现场总线控制装置，如果以每只SIMOCODE节约直接I/O点数为七点计算，三期主厂房及脱硫车间共使用346只SIMOCODE（114×2＋118＝346），硬接线I/O减少了（346×7＝2422）2400多点，节约了DCS硬件系统的投入，如I/O卡件、输出继电器及机柜；同时减少了像马达电流变送器、电缆这样设备的投资。总之，一方面减少了电缆敷设长度和人力成本，节约了可观的电缆成本；另一方面，控制设备集成化、单一化，减少了维护工作，提高了系统可靠性。
当然，购买SIMOCODE需要增加一部分设备投资。但是使用现场总线技术，总的投资额仍有所节省。据山东省电力工程咨询院有关人员不完全统计，以单台330MW单元机组为例，使用SIMOCODE实现400V电机控制，比使用直接I/O能够节省60万元。到目前为止，三期第一台330MW机组已经投入商业运行九个月，第二台330MW机组投入商业运行近二个多月，三期脱硫DCS运行也有八个月。不论是I/A系统，还是NETWORK6000+系统，均在可靠运行中。英思维的现场总线技术经受了时间的考验，产品的稳定可靠性获得了用户的认可。
五、总结
我们知道，最早的气动单元组合仪表采用0.2～1kg/cm2统一标准气动信号，电动单元组合仪表系统使用统一的4～20mA标准信号相互连接，任何厂家的产品都可以实现互操作，这两类仪表系统都得到了健康发展。在DCS系统时代，由于生产厂要想尽可能地控制市场份额，各自开发专用的数据公路，致使DCS和PLC系统没有一个统一的标准，给用户带来很大麻烦，在某种程度上降低了用户的投资效益。
当DCS发展到第四代FCS系统时，本来争取在新一代系统取得统一，以促进技术进一步发展，但由于各自要保护过去的投资利益，意见长期得不到统一，于是各国大公司都退回原地，开展了一场保卫自己“庄园”的战斗，结果产生了现在的长达3200页的新标准。可以说，目前的现场总线之争是上一代控制系统之争的继续。现场总线协议长期争论不休，使得FCS系统的发展十分缓慢。
从市场需求和技术发展的潮流来看，控制系统在现场总线基础上的统一势在必行。对于电力行业应用来说，我们没有必要去争论哪一种现场总线技术更先进，我们要做的是尽快地从现场总线技术的实践中获取信心和经验，为数字化电厂奠定现场总线的基石。因此，我们认为电力工业部在行业中推行PROFIBUS现场总线技术，将极大的推进电厂自动化水平的提升。而现场总线在江阴夏港电厂的成功应用，作为现场总线应用破冰之旅的一部分，将产生深远的影响。