现场总线控制系统在火电厂的应用与前景
2005-7-18
周　明
摘要：介绍了一种新型控制系统FCS(fieldbus control system)的基本概念，在火电厂的应用、存在的问题及前景。
关键词：现场总线控制系统 火电厂 推广应用


20世纪80年代，DCS（数字式分散控制系统）开始进入电站自动化控制领域,由于其在安全生产与经济效益等方面带来的正面作用是以往任何一种控制系统无法与其相提并论的，因此，DCS在电站被广泛使用。目前300MW以上机组，无论是国产机组还是引进机组，无一例外采用DCS，就连200MW、100MW机组也在使用DCS来进行改造，甚至于一些自备电厂的25MW、12MW的火电机组也采用DCS系统。
那么，作为20世纪90年代才走向实用化的，在自动化领域内最为新型的控制系统——现场总线控制系统(fieldbus control system,FCS)，能否也像DCS系统一样被电站接受并广为推广使用?

1　FCS与DCS相比较最显著的特点
根据国际电工委员会IEC1158定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
以现场总线为基础的全数字控制系统称为现场总线控制系统FCS。即：现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向通信与多站的通信系统。
DCS与FCS的具体比较如下： （1） DCS系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关键，所以必须整体投资一步到位，事后扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，广泛采用的数字智能现场装置使得控制器功能与重要性相对减弱。因此，FCS系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。
（2） DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本互不兼容。而FCS系统是开放式系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。
（3） DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有D/A与A/D转换。而FCS系统是全数字化，免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5％提高到±0.1％。
（4） FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，从而改善调节性能。
（5） DCS系统可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是，由于其自身的致命弱点，其I/O信号采用传统的模拟量信号，无法在DCS工程师站上对现场仪表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。FCS系统采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。FCS系统采用双向数字通信现场总线信号制。因此，它可以对现场装置（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。FCS系统这点优越性是DCS系统无法比拟的。
（6） FCS系统由于信息处理现场化，与DCS系统相比，可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积，有专家认为可以节省60％。
（7）与（6）同样的理由，FCS系统可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用，有专家认为可以节省66％。
对于（6）、（7）两点应补充说明的是，采用FCS系统，节省投资的效果是勿庸置疑的，但是否如有的专家所说达60％～66％，尚有待给出客观评价，尽管这些数字在多篇文章中出现，笔者认为这是相互转摘的结果，目前还未找到这些数字的原始出处。因此，读者在引用这些数字时要慎重。
（8） FCS相对于DCS组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。
（9） 用于过程控制的FCS设计开发要点。这一点并不作为DCS的比较，只是说明用于过程控制或者用于模拟连续过程类的FCS在设计开发中应重点考虑的问题。
1) 要求总线本安防爆功能，而且是头等重要的。
2） 基本监控如流量、料位、温度、压力等的变化是缓慢的，而且还有滞后效应，因此，节点监控并不需要很快的电子学的响应时间，但要求有复杂的模拟量处理能力。这一物理特征决定了系统基本上多采用主-从之间的集中轮询制，这在技术上是合理的，在经济上是有利的。
3） 流量、料位、温度、压力等参数的测量，其物理原理是古典的，但传感器、变送器及控制器应向数字智能化发展。
4） 作为针对连续过程类及其仪器仪表而开发的FCS系统，应侧重于低速总线H1的设计完善。
　　
2　FCS在火电厂的实际应用
现场总线控制系统FCS是一个新型的控制系统，进入我国的时间还不算长，目前在火电厂的应用还处于局部领域使用的阶段。
图1　Alspa P320应用系统
例1：Cegelec Alspa P320系统（见图1）应用于我国华能珞璜电厂（4×36