数字化电厂架构及其现场总线控制系统规划

现在，我国火电厂厂级和机组（车间）级已完结了数字化，但现场操控设备级大部分没有完结数字化，这已成为现场总线技能需求处理的难题。建造数字化电厂的意图是使发电厂在整个服役期经济效益最大化。数字化电厂结构模型可区分为 3 层（直接操控层、管控一体化层、办理决议计划层）和 2 个支持体系（数据库支持体系和核算机网络支持体系），它们别离穿插和纳人在 DCS （包含 FCS ）、电站仿真体系 ( SIMU ）、火电厂厂级监控信息体系（SIS）、办理信息体系（ MIS ）及决议计划支持体系（ DSS ）中。
一、数字化电厂的根底条件
(1) MIS 是建造数字化电厂的要害体系，主要为全厂运营、出产和办理服务，完结设备和修理办理、出产经营办理（包含电力商场报价子体系）、财务办理等功用。 MIS 具有 2 个层次的功用：主动传递和聚集数据；以成本核算和资源集成为起点，对办理数据进行加工、收拾、开掘和剖析。
(2) SIS为 MIS 的出产进程办理功用模块。 SIS既是发电厂树立全厂出产进程实时／前史数据库的渠道，也是为全厂出产进程优化服务的实时出产进程监控和办理信息体系。SIS一端是操控体系（ DCS / PLC / 机组仿真体系），另一端是 MIS ，其使用模块主要有实时数据剖析与处理模块、功用核算与能损剖析模块、工况剖析模块、运转故障确诊模块、吹灰优化模块、参数劣化剖析模块、机组负荷优化分配模块及机组运转状况评价模块。
SIS对实时性要求较高，其实时信息取自 DCSO由于 DCS 选用的模拟量、开关量、数字信号为混合体系信号制，而且为单向，不具有将设备状况的实时信息上传至操控器的功用，从而使SIS无法取得这些信息，成为SIS进一步进步成效的瓶颈。
(3) FCS 使用于电厂机组级操控，其选用全数字、双向通讯的现场总线信号制，处理了智能现场外表与智能操控室外表之间的非智能衔接问题，为建造数字化电厂供给了根底条件。
二、FCS的规划
(1) 现场总线规范 2000 年4月发布的世界现场总线规范 IEC61158 包含了 10 种类型，其间基金会现场总线（FF）和进程现场总线（Profibus）在进程操控范畴有较广泛的使用，FF 较合适模拟量操控，Profibus 较合适开关量操控。
(2)重要操控与安全回路 现场总线技能在国内大型机组的主操控体系上使用还处于起步阶段，为了确保机组安全安稳运转，炉膛安全监控体系（FSSS）、数字式电液操控体系（DEH）、汽轮机紧迫跳闸体系(ETS）、给水泵汽轮机电液操控体系（MEH）和给水泵汽轮机紧迫跳闸体系（METS）等不选用现场总线操控方法。
(3)电动机操控 部分380V、6kV电动机选用现场总线操控方法。
(4)DCS为根本体系 由于有些DCS可与FCS无缝衔接，因而选用以DCS为根底使用 FCS 的信息处理、设备确诊和设备办理软件进行设备级操控的体系结构。
(5)就地智能设备操控功用 部分现场总线的就地智能设备具有操控功用。如遵从FF协议的50多种算法（操控战略）可下装至就地智能设备（变送器或履行机构）中，由就地智能设备完结操控。机组级操控体系分级区分及比率见表 1 。关于履行级与简略功用组级的操控回路，可以将操控回路下装至就地智能设备中；在一般功用组级的操控体系中，有近50％－60％的操控回路可以下装到就地智能设备之中。这样，可得下装操控回路为：63.9%＋(27.7%×50%~27.7%×60%)=63.9%+(13.9~16.6 )=77.8%~80.5％。操控回路涣散下装到就地智能设备之中，可削减中心操控器的装备及杂乱程度，但会添加网段总线通讯负荷率。现场总线的就地智能设备一般不选用冗余装备。
(6)辅佐车间（体系） 辅佐车间（体系）全面选用FCS ，这是由于辅佐车间（体系）多为开关量次序操控，用于辅佐车间（体系）操控的PLC具有老练的现场总线通讯才能。
(7)规划承认 惯例DCS规划主要依据于I/O清单和工艺运转程序，并不考虑电缆或设备和接线盒的安置，而FCS规划需求考虑网段规划、设备选型实验承认等。

(8)网段规划 在现场总线网段规划中应考虑网段的总负载（风险办理、备用容量、网络宏周期的闲暇时刻、电压降和电流约束）、电缆类型、总线干线长度、总线支线长度、现场设备数量、总线的拓扑结构方式、中继器装备、集线器（多路接线盒）数量和规范及装备等要素。总线网段上可挂的设备最大数量遭到设备之间通讯量、电源容量、总线可分配地址、每段电缆阻抗以及工艺信号风险等级等要素影响。
(9)就地智能设备选用遵从现场总线规范的现场总线智能设备，关于有些尚无现场总线规范的设备，可选用遵从 Hart 通讯协议的智能型现场设备。
(10)通讯、兼容实验实践证明，尽管遵从同一现场总线规范的设备在理论上均可以完结互联、互操，但在实践工程使用中并不能即接即用。不同公司出产的产品在软件版别、通讯协议细节、电气兼容性等方面，存在必定差异，有必要通过通讯、兼容实验。
(11)通讯速率在确认总线通讯速率时发现通讯速率越高越易受搅扰，以满意工程需求为宜，也应统筹装备的经济性。
三、结语
建造数字化电厂有必要处理现场操控设备级数字化，现在只要 FCS 可以完结现场操控设备级的数字化。FCS 的现场智能设备能将很多现场信息送入通讯网络，这是 DCS、PLC无法完结的。FCS 双向数字通讯现场总线信号制技能，是建造数字化电厂的根底条件。