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摘要：现阶段，我国的发电厂建设越来越多，在发电厂中，现场总线技术发挥着重要的作用。以天然气为燃料的清洁能源燃机发电机组，不管是作为区域的调峰机组，还是作为工业园区的集中供热机组，都越来越受到国家重视。现场总线控制技术实现了现场设备的数字化和智能化，是数字化电厂建设的基础。现介绍了现场总线控制技术在燃机电厂的应用情况，总结了现场总线控制方案的特点及优点，强调了现场总线控制技术在电厂中应用时需注意的问题。
关键词：FCS；燃机电厂控制；优越性
引言
目前，总线线缆已替代传统工控领域大量使用的控制电缆、电子计算机及仪表电缆等与现场总线技术配套，广泛应用于制造业、流程工业、冶金、石油、化工、电力、交通运输、航天、农业、医药、国防等自动化领域。随着现场总线技术的优势日益体现，越来越引起了我国企业的重视。
1现场总线技术
近年来，现场总线技术发展迅猛，现场总线控制系统在国内电厂中的应用范围已不再局限于辅助车间，已经在大型火电机组上大规模应用。现场总线技术采用数字信号代替模拟量信号以及开关信号的通信，遵循统一的总线协议，可以双向数字通信，具有更加开放、更快部署和更易开发的特点；现场总线设备具有丰富的状态、诊断、参数信息，多种智能化功能以及现场级的信息处理和控制能力。因此，通过在全厂范围内构建以现场总线技术为核心、现场智能化设备为基础、数字化网络技术为手段的全厂自动化控制系统，可实现了电厂设备和系统间的数字化、智能化、网络化通信。然而，很多电厂在应用现场总线技术时，仍以常规的设备监控手段为主，对现场总线丰富的设备信息挖掘较少；有一部分现场总线设备供应商在基础控制功能的基础上，仅增加了一些基本的设备管理功能来管理现场总线设备，虽然支持现场总线设备实现数据读取与组态、日志记录和台账管理等功能，但是并没有对这些状态信息进行集中的监测和分析。
2现场总线控制系统的应用
2.1燃机电厂热控DCS+现场总线控制系统
该系统用到的现场智能设备包括：现场智能一体化开关型和调节型电动执行机构、智能调节型气动执行机构阀门定位器、开关型气动阀电磁阀岛控制智能变送器（用于温度、压力、差压等测量）、智能超声波流量计（用于天然气流量测量）以及智能化学仪表等。DCS采用硬接线与现场总线相结合的方式，可在机组DCS控制系统中实现全厂机、炉、电一体化监控。该系统目前用到的比较成熟的现场总线如下：（1）FF（FIELDBUSFOUNDATION）现场总线。FF现场总线基金会是由WorldFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation于1994年6月联合成立的。FF现场总线由模拟量仪表及相关技术发展而来，由低速H1总线和高速以太网H2总线组成。H1总线主要用于仪表、控制设备及通信站之间，H2总线主要用于控制站、上位机及通信站之间。（2）PROFIBUS（PROCESSFIELDBUS）现场总线。PROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）所规定的现场总线标准，由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA等系列组成。PROFIBUS-DP是一种高速总线（通信速率9.6kb/s～12Mb/s），用于电气自动化和设备自动化中快速的数据交换，主要用于连接远程I/O、执行机构、电磁阀、电动机、分析仪表等开关量和复杂设备。PROFIBUS-PA是一种低速总线（通信速率31.25kb/s），它的数据传输和电源共用同一根电缆，设计用来连接需要总线供电的智能变送器、智能定位器等现场总线设备。（3）DCS与现场总线通信接口。
DCS具备与现场总线控制系统通信的能力，其通信接口支持RS232C、RS485/422和以太网方式连接，使用TCP/IP、MODBUSRTU/MODBUSPLUS通信协议。所有通信接口应内置于分散处理单元（DPU），或作为一个独立的多功能网关挂在数据高速公路上。当接口用于过程监控需要双向通信时，通信接口应为冗余（包括冗余通信接口模件），冗余的通信接口在任何时候都应同时工作。其中的任一通信接口出现故障不应对过程监控造成影响。
2.2现场总线系统故障统计分析
现场总线系统故障类型包含控制器故障、通讯主站卡故障、从站设备故障三种。控制器故障监测主要监视控制器运行状态、网络状态及主备状态。当出现非人为操作切换至备用时，判断为故障状态，DCS画面提示控制器已切换需检查系统；冗余A／B网络状态及IO卡监测点状态出现跳变时，DCS画面提示网络异常及IO卡件异常。通讯主站卡故障监测主要监视通讯主站卡的运行故障状态、光口运行故障状态。由于通讯故障、设备故障、网络故障都会造成PB卡的主备切换，通过对PB卡状态进行检查，来辅助判断故障信息。从站设备故障监测统计系统按照同厂家同类型设备分类统计，以上三种类型数据送至设备管理系统利用数据模型进行全面统计分析，给维护人员及管理人员提供检修决策信息。
3燃机电厂采用现场总线控制方案的优越性
（1）现场智能设备能提供丰富的设备信息数据，可以包含测量值、控制值，也可以包含设备的状态信息、报警信息、维护信息等。通过现场总线控制能将这些有用信息送入DCS控制系统中，消除以往生产过程监控的信息“盲点”，这是传统DCS或PLC等控制系统无法实现的。（2）传统的就地智能设备，需通过各生产厂家专用手操器和管理软件进行组态、设定等操作。通过现场总线控制则可实现现场智能设备与DCS控制器之间的双向通信，从而实现对现场设备状态的远程监控、在线调校、故障诊断和预防维护等管理功能。（3）现场总线技术有足够的速度传送现场智能设备中多个过程I/O信号。比如，对于智能一体化电动执行机构，只需通过冗余屏蔽双绞线通信连接就可完成传统需要十多根芯电缆才能实现的信息传递。这条通信环路还可接入一定数量的同类型设备，在信息量数倍增加、有利于设备维护的同时，也减少了I/O模块和电缆的使用。电缆数量和电缆桥架的减少也减轻了热控安装人员放电缆、对线、接线以及调试等的工作量。（4）现场总线控制系统这种通信方式几乎不受距离的限制，非常适合燃机电厂机、炉、电以及辅控车间规模大、控制对象相对集中的场合，与传统DCS控制系统相比，可以省去相当数量的现场I/O信号连接电缆、信号隔离器、I/O卡件和I/O柜。同时，现场总线控制系统也极容易进行系统扩充，从而降低电厂扩建费用，特别是对于以后需要扩建的化学补给水系统等场合，采用现场总线控制系统后，一般只需通过现场总线扩展现场同类型智能设备或仪表。
结语
综上所述，现场总线技术的应用实现了全厂生产底层设备的数字化、智能化管理，是建设智能电厂的基础和前提，虽然传统控制思维及配套设备局限性的影响，但由于现场总线技术能够最大化提升现场数据采集和设备管理效率，有效的降低控制系统的成本，实现大范围的信息共享与交互，预计在不久的将来，后续的大规模应用将是必然趋势，这也是未来智能电厂技术发展的方向。
参考文献：
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