现场总线技能在数字化电厂中的使用

　　一、数字化电厂及使用现场总线技能的必要性
　　何为数字化电厂，这个问题近几年来在业界得到了广泛的评论。跟着计算机技能和通讯技能在电力行业的广泛使用，数字化已遍及使用于电力出产进程的决策层、办理层和监控层，数字化电厂也逐渐成为现代化发电企业开展的方向，从现在对数字化电厂的知道来看，数字化电厂的网络结构能够区分为三个层次,即直接操控层(包含数据收集)、管控一体化层、办理决策层，而将三个层次衔接起来的便是数据库和计算机网络。
　　办理决策层：MIS
　　管控一体化层：SIS AMS智能设备办理体系
　　现场操控层：DCS等
　　现在SIS是一个准实时监控体系，SIS侧重点是实时出产进程办理和监控，对实时性要求高，SIS的实时性要求比MIS高，比DCS略低。对实时性要求之所以比DCS略低，其原因是SIS使用功用现在大多数是开环的，如负荷分配功用，电厂负荷非直调方法-中调把全厂负荷发给电厂，电厂按优化分配算法把负荷分配给每台机组。假如SIS中的这一功用真实完结闭环，将取得显着的经济效益。如SIS施行闭环，其对实时性的要求将与DCS适当。
　　数字化电厂很重要的组成部分是上层SIS等使用软件，SIS需求的实时信息取自于DCS和辅佐车间监控体系等，因为DCS选用的是模拟量、开关量，不具有将设备状况的实时信息上传至操控器的功用，SIS也就无法取得这些有用信息，这便是SIS进一步提髙成效的瓶颈，也是建造真实意义上的数字化电厂的瓶颈。
　　而FCS体系选用的是全数字、双向通讯现场总线信号制，彻底处理了智能现场外表与智能操控室外表之间的衔接问题，处理了瓶颈，满意SIS需求，也为现场操控设备级完结数字化、建造真实意义上的数字化电厂供给了根底条件。要建造真实意义上的数字化电厂，有必要处理现场操控设备级数字化，现在现场总线能完结这一任务。FCS是消除火电厂“信息孤岛”的最好兵器：FCS的现场智能设备能将很多现场信息送上通讯网络，这是DCS、PLC无法完结的。
　　二、现场总线技能介绍
　　现场总线(field bus)，按其国际电工委员会IEC61158的界说为：“装置在制作或进程区域的现场设备与操控室内的自动操控设备之间的数字式、串行、多点通讯的数据总线称为现场总线”;按欧洲规范EN50170的描绘为“通用现场通讯体系”。故可将以现场总线和现场智能设备为根底的、全数字操控的体体系称为FCS。而衡量一个操控体系是否为真实的现场总线操控体系FCS有三个要害关键，即：中心、根底和实质。FCS的中心是总线协议，只要遵从现场总线协议的操控体系，才干称为现场总线操控体系;FCS的根底是数字智能现场外表，它是FCS的硬件支撑;FCS的实质是信息处理现场化，这是FCS的体系效能表现。
　　现在首要有以下8种现场总线作为IEC61158现场总线的规范，即：FF H1、Control Net、PROFIBUS、INTERBUS、P-Net、World FIP、Swift Net和FF之高速Ethernet即HSE。以上8种国际规范总线中，P-Net和SwiftNet是用于有限范畴的专用现场总线，考虑到所适用使用目标的指定要求，这两种类型总线的功用相对比较简略;contro1Net 、Profibus 、World FIP 和Interbus现场总线是由PLC为根底的操控体系开展而来的现场总线，从实质上讲它们以长途I/O总线技能为根底，一般不具有经过总线向现场设备供电和实质安全功用。假如进一步区分，Control Net仅仅监控级总线，Profibus和WorldFIP则包含两个层次的总线;FF H1总线和HSE总线是由传统DCS操控体系开展而来现场总线，充分考虑向现场外表两线制供电和实质安全要求，功用较为杂乱。
　　现在用于火电厂进程操控的现场总线，在技能和市场占有率均较抢先的有基金会(Foundation Fieldbus-FF)现场总线和PROFIBUS(Process Fieldbus)现场总线两种。
　　下面临FF和PROFIBUS现场总线操控体系别离进行扼要介绍：
　　2.1 FF现场总线体系
　　FF由低速H1总线和高速以太网H2(现在开展为HSE-High Speed Ethernet)总线组成。其传输介质是双绞线。H1总线首要用于出产现场，速率为31.25Kbps，两线制信号传输并一起向现场设备供电，具有实质安全特征(防爆场合)。H2总线首要面向进程操控级、长途I/O和高速工厂自动化的使用，选用100Mbps高速以太网协议(HSE)。
　　2.2 PROFIBUS现场总线体系
　　PROFIBUS现场总线体系由传输技能 (RS485、RS485-IS、光纤、MBP、MBP-IS、MBP-LP等)、通讯技能协议(PROFIBUS-DP)、通用行规(PROFIsafe、PROFIdrive等)、专用行规(如PA devices)组成。通讯技能协议PROFIBUS DP的开展从DPV0(循环数据交换)到DPV1(循环和非循环数据交换、报警与状况信息处理)，直至DPV2(运动操控、穿插通讯、时刻同步等)。正因为PROFIBUS 具有一致的通讯协议(PROFIBUS DP), 并在此根底上开展了不同的通用使用行规和专用使用行规，使得PROFIBUS能够广泛地使用工业自动化的各个范畴。以下对有关的部分作扼要介绍：
　　1) PROFIBUS-DP：是一种高速低成本的用于设备级操控体系与涣散式I/O的通讯技能。协议结构是以开放式体系互联规范(OSI — Open System Interconnection )为参阅模型，界说了榜首、二层(物理层、数据链路层)和第七层(使用层);传输技能选用RS-485双绞线电缆和光缆，波特率从9.6kbps到12Mbps;支撑单主或多主体系令牌传输方法，总线上最大站点数为126个。
　　2) DP V1专为进程自动化规划，经过DP/PA Link可完结仪器外表、执行器到操控器的数字通讯衔接。在协议上界说了榜首、二、七层(物理层、数据链路层、使用层)。其间的使用层包含了现场总线的信息规范和通讯接口规范;数据传输技能选用MBP、MBP-IS等，通讯介质选用双绞线，传输率为31.25kbps，可完结总线供电，实质安全规范，选用FISCO模型，每段最多32个站点。
　　3) PROFIsafe：PROFIBUS技能的最新进展之一，在PROFIBUS总线技能的根底上，完结了安全通讯目标SIL3以上。
　　4) PROFINET完结了现场总线与以太网的最佳结合，不只完结了对用户从前出资的维护，并且还经过PROXY和OPC DADX同其它的总线相连以及对IT技能的集成，并可完结分布式自动化和纵、横向立体集成;此外，经过国际Internet网和Web网，也可对现场设备进行拜访和操控，其实时通讯的循环时刻(确定性)可在1ms以下，颤动1us以下。
　　5) PROFIBUS 的规范产品超越2100多种，别离来自国际250多个出产厂商。PROFIBUS在全球各行各业所占市场份额超越了20%，使用实例约100万个，据PROFIBUS国际组织宣告，根据PROFIBUS接口的设备节点使用在2003年末突破了1000万个。
　　三、现场总线技能在国内电厂的使用
　　现在火电机组向高参数、大容量方向开展，一方面巴望选用新技能、新体系;另一方面因为机组自身的热力特性和电力出产的特色所决议，对安全性和可靠性有特殊要求，因而对新技能、新体系的使用非常慎重，乃至持保存情绪。FCS是新技能、新装备，现在还处在开展和完善进程中，为研讨和使用FCS，一些科研院所活跃进行实验和开发。国电热工研讨院于1998年购进一套FF现场总线体系(Delta V体系)，包含2台监控计算机、5个H1I/O卡、10路H1总线、100多台高精度智能变送器(压力和温度)。该套体系已在多个电厂的功用查核和运转调整中发挥作用，并积累了FCS的装备和装置经历。
　　近几年现场总线技能和设备正逐渐使用到国内一些电厂的外围辅佐体系中。例如山东莱城电厂、江阴夏港电厂、华能玉环电厂、吉林九台电厂、华能金陵电厂、国华宁海电厂等。下面就华能的几个电厂做简略介绍：
　　3.1 现场总线技能在华能玉环电厂的使用
　　华能玉环电厂在锅炉补给水操控体系、电厂化学清水及废水操控体系中选用了现场总线外表设备，作为FCS在电厂中的使用测验，该操控体系包含了人机界面、操控站(西门子PCS7 417H)、Profibus-DP和PA通讯网络、现场总线外表和设备。DP支路衔接外表、电机操控维护单元(选用西门子SIMOCODE直接装置在MCC柜内)、I/O单元、变频器等。压力及差压变送器(ABB产品)、磁翻板液位(国产产品，经过加装PA通讯模块完结)、PH值、硅酸根、磷酸根测量仪等外表选用PROFIBUS PA总线，因而一切的现场外表和执行器都将经过DP/PA耦合器衔接到总线网络上。气动阀门定位器也选用PA总线，完结了气动阀操控，每个电磁阀箱配一套阀岛，模块驱动电磁阀，模块收集阀位反应，经过DP与PLC通讯。总点数为502点，其间486点以现场总线方法接入(有单个剖析外表不能供给Profibus规范接口)。
　　3.2 华能南京金陵电厂
　　华能南京金陵电厂2×1000MW燃煤机组，主辅机选用现场总线体系，主机部分各类现场总线外表及监控设备约960台左右，现在总线覆盖率40%左右。首要维护和DEH、SOE，重要调理回路、6KV电机选用惯例方法。总线规范选用PROFIBUS，水、煤、灰辅控悉数选用现场总线技能。
　　3.3 华能吉林九台电厂
　　华能吉林九台电厂2×600MW燃煤机组，主辅机选用现场总线体系，主机部分各类现场总线外表及监控设备约380台左右，现在总线覆盖率30%左右。首要维护和DEH、SOE，重要调理回路、6KV电机选用惯例方法。总线规范选用PROFIBUS，水、煤、灰辅控悉数选用现场总线技能。
　　四、现场总线操控体系选型装备剖析及使用规划
　　4.1 现场总线的选型装备计划
　　从现场总线技能的使用经历来看，PROFIBUS总线技能在国内外电厂中有较多成功的使用，如德国的Niederaussem电厂、陕西杨凌热电厂、山东龙口电厂、河北三河电厂、广安电厂、山东莱城电厂、江苏夏港电厂、宁海电厂、华能巢湖电厂、华能金陵电厂、华能九台电厂等。
　　众所周知，现在国外几大闻名DCS体系基本上都能承受PROFIBUS和FF现场总线规范。如SIEMENS公司的T—3000体系能承受PROFIBUS现场总线规范，FOXBORO公司的I/A体系能承受PROFIBUS和FF现场总线规范，艾默生公司的OVATION体系能承受PROFIBUS和FF现场总线规范，ABB公司ABB symphony体系能承受PROFIBUS和FF现场总线规范。