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摘要：根据电厂电气控制系统现场总线的特点及电厂电气控制系统现场总线的应用，本文分析了采用电气控制系统现场总线的优点，指出了目前存在的问题及应对策略，供现场维护人员和调试人员参考。
关键词：电气控制；系统现场总线；选型；优点；问题
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
现场总线是指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、串行和多点通讯的数据总线，以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场总线控制系统。由于现场总线技术本身具有的优势及为将来实现现场设备级的数字化创造条件，河源电厂厂用电控制系统决定采用现场总线技术。
1 厂用电控制系统现场总线的选择
1.1 厂用电控制系统的特点
我们选择什么样的总线，首先要分析厂用电系统的特点，厂用电控制系统有如下特点：
1）厂用电系统实现的是顺序控制，即数字量控制，模拟量信号仅作监视，不参与系统逻辑控制；
2）控制系统中某些功能对动作时间和响应速度有很高要求，所以要求厂用电系统宜采用高速现场总线；
3）厂用电系统控制对象多，信息量大；
4）厂用电智能前端设备安装在6kV 或380V 配电装置内，要求有很好的抗干扰能力；
5）电气配电装置分散在电厂的各处地方，因此要求总线有较长的传输距离。
1.2 当前在厂用电系统运行业绩较多的总线
当前在厂用电系统运行业绩较多的总线主要有以下几种：
1）Modbus 技术成熟，易设计，维护方便，但抗干扰能力不强、数据传输速率低、传输距离短；
2）Profibus-DP, 适应于设备级控制系统与分散I/O 之间的高速通信，在国内380V 断路器、智能马达控制器及智能仪表领域多数厂家都支持该协议；
3）CAN,CAN 的成本低，实时性好，抗干擾能力较强，通信距离可达10kM；
4）Lonworks,有非常好的可靠性，而且便于系统扩展，但具有相当大的专用性，对资源配置需求高，总体费用较高；
5）工业以太网，是现场总线网络技术与以太网开放型网络技术的结合，具有成本低、速度快、容量大的特点。
2电厂电气控制系统现场总线的实际应用
2.1电厂厂用电控制系统的构成
电厂厂用电控制系统采用现场总线和DCS I/O 相结合的方式，每台机组电气系统设置一套厂用电计算机监控系统，计算机监控系统采用分层分布式结构，网络结构采用三层设备双层网形式。整个系统由主站层、通信子站层和连接主站层与通信子站层的高速光纤以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线构成。厂用电监控系统经过双冗余通讯服务器与DCS 通讯进行连接， 厂用电监控系统由单元机组厂用电监控系统和公用厂用电监控系统组成。单元机组厂用电监控系统接入单元机组DCS，公用厂用电监控系统通过冗余网络交换机与两台单元机组厂用电监控系统连接，并通过软、硬件闭锁措施仅能接受其中一台机组的厂用电监控系统的操作。主站层设备负责整个系统的集中监控， 由1 台工程师兼操作员站、双机冗余配置的系统服务器、双机冗余配置的网络交换机、双机冗余配置的DCS 接口机、SIS 接口机、以及其它网络设备组成。
前置层设备即通讯子站层，主要由安装于电气继电器室的多串口通讯服务器即公用接口机和安装在各配电装置内的双冗余通讯管理单元组成。它具有数据处理及通讯功能，用以实现间隔层设备和站控层设备之间信息的“上传下发”，并监视和管理各测控单元等设备。通讯管理单元与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接，与间隔层设备可根据设备情ProfiBusLonWorks 或工业以太网进行连接。6k综合保护测控单元通过双LonWorks 现场总线与通讯管理单元进行连接；380V 断路器智能仪表和马达控制器通过ProfiBus 现场总线与通讯管理单元连接。
2.2电厂现场总线方式的厂用电控制系统的优点
1）电气信息量采集完整。采集的电气信息量包括了所有的电流量、电压量、频率、启动信息、保护动作信息、开关状态、控制回路监控信息等，为实现电厂电气系统高度自动化运行及管理提供了硬件基础。
2）降低了设备成本。采用现场总线控制模式一方面可以减少大量的DCS 隔离器件、端子柜、I/O 卡件等，另一方面综合智能测控单元直接安装在开关柜上，开关柜外采用总线进行通信连接，可以大幅度节省控制电缆。
3）减少施工和维护工作量。控制电缆的大幅减少就意味着施工工作量的减少，取消了大量的硬接线进一步减少施工、安装、调试、检修和维护的工作量。
4）提高了厂用电运行的可靠性。首先FECS 可以作为DCS 控制的后备，在DCS 故障时可以实现对厂用电的控制和监控，另外，由于各智能测控单元功能独立、风险分散，任何一个测控装置的故障仅涉及到相应元件，不会影响其它间隔，影响范围小，提高了整个系统的可靠性。
5）提高了信息转换的精度和可靠性。使用现场总线避免了信号（特别是4-20mA 模拟信号量）在传输中的衰减和干扰问题，从而提高测量的精度和可靠性。
2.3电厂基于现场总线技术的厂用电控制系统的存在的问题及解决办法
1）厂用电控制系统电气信息量采集完整的优势未得到完全发挥。虽然基于现场总线技术的厂用电控制系统电气信息量采集完整，为实现电厂电气系统高度自动化运行及管理提供了硬件基础，但厂用电监控系统通过通信将电气信息量传输给DCS 后， 由于DCS 本身原有数据量非常巨大， 加之设计时没有对电气信息量加以规范和筛选，因此导致电气信息量采集完整的优势未得到完全发挥针对以上问题，应该实际需要制定一定的原则，对传输给DCS 的数据加以规范和筛选，剔除没有必要的数据，完善DCS 软件，将必要的电气量信息与现场设备对应显示，方便运行人员监控和操作，充分发挥电气信息量采集完整的优势。
2）厂用电控制系统现场总线系统的总体优势未能体现。
目前，由于厂用电监控系统软件的局限性导致事故追忆和事故分析、在线设备分析、仿真培训、性能计算及经济性分析等模块功能暂时未能实现。另外，由于现场智能仪表计量功能的缺陷导致系统中部分计量数据存在偏差，一定程度上削弱了现场总线系
针对以上问题，一则，必须逐步完善和改进厂用电控制系统软件，相关的系统的二次开发更是有待时日；另则，必须改进现场智能仪表计量功能，加强对现场智能仪表的定期检验、确保现场采样的精度。
3 结束语
现场总线技术在电厂厂用电控制系统的应用是成功的，虽然还存在少许问题，但通过技术人员的努力必将彻底解决，必将为实现电厂的全面数字化生产和管理奠定坚实基础。电气控制线路的合理设计，关联到整个电气设备的生产情况、操作过程等方面的内容，对电气设备的影响是非常大的。所以，重视电气控制线路的设计，做好电气控制线路的设计工作，综合考虑设计过程，以此保障控制线路设计的有效运行。
关键词：电气控制；系统现场总线；选型；优点；问题
中图分类号：C35文献标识码： A
引言
现场总线是指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、串行和多点通讯的数据总线，以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场总线控制系统。由于现场总线技术本身具有的优势及为将来实现现场设备级的数字化创造条件，河源电厂厂用电控制系统决定采用现场总线技术。
1 厂用电控制系统现场总线的选择
1.1 厂用电控制系统的特点
我们选择什么样的总线，首先要分析厂用电系统的特点，厂用电控制系统有如下特点：
1）厂用电系统实现的是顺序控制，即数字量控制，模拟量信号仅作监视，不参与系统逻辑控制；
2）控制系统中某些功能对动作时间和响应速度有很高要求，所以要求厂用电系统宜采用高速现场总线；
3）厂用电系统控制对象多，信息量大；
4）厂用电智能前端设备安装在6kV 或380V 配电装置内，要求有很好的抗干扰能力；
5）电气配电装置分散在电厂的各处地方，因此要求总线有较长的传输距离。
1.2 当前在厂用电系统运行业绩较多的总线
当前在厂用电系统运行业绩较多的总线主要有以下几种：
1）Modbus 技术成熟，易设计，维护方便，但抗干扰能力不强、数据传输速率低、传输距离短；
2）Profibus-DP, 适应于设备级控制系统与分散I/O 之间的高速通信，在国内380V 断路器、智能马达控制器及智能仪表领域多数厂家都支持该协议；
3）CAN,CAN 的成本低，实时性好，抗干擾能力较强，通信距离可达10kM；
4）Lonworks,有非常好的可靠性，而且便于系统扩展，但具有相当大的专用性，对资源配置需求高，总体费用较高；
5）工业以太网，是现场总线网络技术与以太网开放型网络技术的结合，具有成本低、速度快、容量大的特点。
2电厂电气控制系统现场总线的实际应用
2.1电厂厂用电控制系统的构成
电厂厂用电控制系统采用现场总线和DCS I/O 相结合的方式，每台机组电气系统设置一套厂用电计算机监控系统，计算机监控系统采用分层分布式结构，网络结构采用三层设备双层网形式。整个系统由主站层、通信子站层和连接主站层与通信子站层的高速光纤以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线构成。厂用电监控系统经过双冗余通讯服务器与DCS 通讯进行连接， 厂用电监控系统由单元机组厂用电监控系统和公用厂用电监控系统组成。单元机组厂用电监控系统接入单元机组DCS，公用厂用电监控系统通过冗余网络交换机与两台单元机组厂用电监控系统连接，并通过软、硬件闭锁措施仅能接受其中一台机组的厂用电监控系统的操作。主站层设备负责整个系统的集中监控， 由1 台工程师兼操作员站、双机冗余配置的系统服务器、双机冗余配置的网络交换机、双机冗余配置的DCS 接口机、SIS 接口机、以及其它网络设备组成。
前置层设备即通讯子站层，主要由安装于电气继电器室的多串口通讯服务器即公用接口机和安装在各配电装置内的双冗余通讯管理单元组成。它具有数据处理及通讯功能，用以实现间隔层设备和站控层设备之间信息的“上传下发”，并监视和管理各测控单元等设备。通讯管理单元与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接，与间隔层设备可根据设备情ProfiBusLonWorks 或工业以太网进行连接。6k综合保护测控单元通过双LonWorks 现场总线与通讯管理单元进行连接；380V 断路器智能仪表和马达控制器通过ProfiBus 现场总线与通讯管理单元连接。
2.2电厂现场总线方式的厂用电控制系统的优点
1）电气信息量采集完整。采集的电气信息量包括了所有的电流量、电压量、频率、启动信息、保护动作信息、开关状态、控制回路监控信息等，为实现电厂电气系统高度自动化运行及管理提供了硬件基础。
2）降低了设备成本。采用现场总线控制模式一方面可以减少大量的DCS 隔离器件、端子柜、I/O 卡件等，另一方面综合智能测控单元直接安装在开关柜上，开关柜外采用总线进行通信连接，可以大幅度节省控制电缆。
3）减少施工和维护工作量。控制电缆的大幅减少就意味着施工工作量的减少，取消了大量的硬接线进一步减少施工、安装、调试、检修和维护的工作量。
4）提高了厂用电运行的可靠性。首先FECS 可以作为DCS 控制的后备，在DCS 故障时可以实现对厂用电的控制和监控，另外，由于各智能测控单元功能独立、风险分散，任何一个测控装置的故障仅涉及到相应元件，不会影响其它间隔，影响范围小，提高了整个系统的可靠性。
5）提高了信息转换的精度和可靠性。使用现场总线避免了信号（特别是4-20mA 模拟信号量）在传输中的衰减和干扰问题，从而提高测量的精度和可靠性。
2.3电厂基于现场总线技术的厂用电控制系统的存在的问题及解决办法
1）厂用电控制系统电气信息量采集完整的优势未得到完全发挥。虽然基于现场总线技术的厂用电控制系统电气信息量采集完整，为实现电厂电气系统高度自动化运行及管理提供了硬件基础，但厂用电监控系统通过通信将电气信息量传输给DCS 后， 由于DCS 本身原有数据量非常巨大， 加之设计时没有对电气信息量加以规范和筛选，因此导致电气信息量采集完整的优势未得到完全发挥针对以上问题，应该实际需要制定一定的原则，对传输给DCS 的数据加以规范和筛选，剔除没有必要的数据，完善DCS 软件，将必要的电气量信息与现场设备对应显示，方便运行人员监控和操作，充分发挥电气信息量采集完整的优势。
2）厂用电控制系统现场总线系统的总体优势未能体现。
目前，由于厂用电监控系统软件的局限性导致事故追忆和事故分析、在线设备分析、仿真培训、性能计算及经济性分析等模块功能暂时未能实现。另外，由于现场智能仪表计量功能的缺陷导致系统中部分计量数据存在偏差，一定程度上削弱了现场总线系
针对以上问题，一则，必须逐步完善和改进厂用电控制系统软件，相关的系统的二次开发更是有待时日；另则，必须改进现场智能仪表计量功能，加强对现场智能仪表的定期检验、确保现场采样的精度。
3 结束语
现场总线技术在电厂厂用电控制系统的应用是成功的，虽然还存在少许问题，但通过技术人员的努力必将彻底解决，必将为实现电厂的全面数字化生产和管理奠定坚实基础。电气控制线路的合理设计，关联到整个电气设备的生产情况、操作过程等方面的内容，对电气设备的影响是非常大的。所以，重视电气控制线路的设计，做好电气控制线路的设计工作，综合考虑设计过程，以此保障控制线路设计的有效运行。