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摘要：本文根据某发电厂的工程案例，阐述了现场总线的具体应用方案。现场总线控制系统具有开放性、数字化、全智能性等特点，促进了工业自动化的发展。望同行参考指正。
关键词： 发电厂； 现场总线控制系统； DCS
0 引言
该发电厂为2× 660MW超临界机组，本期工程同步建设脱硫和脱硝工程，电厂循环水采用带自然通风冷却塔的二次循环供水系统。
机组辅助系统主要包括凝结水精处理系统、化学加药系统、汽水取样系统、机组排水槽系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、循环水石灰处理系统、循环水排污水膜处理系统、煤泥水石灰处理系统、脱硝公用系统、补给水泵房、生活污水处理系统、全厂工业供水系统、全厂生活水、化学水供水系统、排渣系统、飞灰系统、输煤系统等。
1 现场总线技术在国内电厂中的应用概况
现场总线技术自80 年代末期开始发展起来，开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃，同时可降低设计、施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。已广泛成功地应用在石化、化工、冶金、医药、市政工程、楼宇、建材等多个行业。随着人们认识的提高以及现场总线仪表设备的成熟，近些年来，现场总线在电厂中的应用日益广泛。
山东莱城电厂扩建工程3、4号机组采用德国西门子TELEPERM-XP分散控制系统，400V及以下电动机配套西门子公司的SIMOCODE电动机控制保护设备，SIMOCODE电动机控制保护设备安装在开关柜中，每台机组共计83台电动机及电加热器通过PROFIBUS现场总线TELEPERM-XP相连。目前电厂已投入运行，现场总线系统运行基本稳定。
江阴夏港电厂5、6号机组（2×330MW）采用FOXBORO公司的I/A分散控制系统， 380V开关柜采用西门子公司的SIMOCODE电动机保护控制设备，通过PROFIBUS-DP 与I/A分散控制系统相连，6kV采用WDZ400系列国产智能装置，重要信号通过硬接线与分散控制系统相连，其它信号通过MODBUS总线与I/A分散控制系统连接。目前5、6号机组已投入运行，现场总线系统运行稳定，反映较好。
除此之外，江苏望亭燃气联合循环发电厂（2×390MW）控制系统采用艾默生过程管理公司的OVATION分散控制系统，浙江国华宁海发电厂（4×600MW）控制系统采用西门子TELEPERM-XP分散控制系统，都在不同程度上应用了现场总线控制技术。华能玉环电厂（4×1000MW）在锅炉补给水系统、废水系统中采用PROFIBUS 现场总线技术，目前已成功投入运行。华能金陵电厂二期工程（2×1000MW）在主厂房中采用DCS-PROFIBUS现场总线技术，辅助系统采用PLC- PROFIBUS现场总线技术，目前已成功投入运行。
2 本发电厂主厂房现场总线应用方案
随着工程实践的增加，人们对电厂现场总线控制系统的认识日益深化，人们从减少电缆长度、降低工程费用的层面拓展到如何构建一个更加广泛和深入的设备管理一体化系统，形成设备生命周期内优化实时数据信息，对数据的精准度和全面性提出了更高的要求，同时也在寻找着可靠而周密的管理数据以提高全厂的自动化水平，旨在创建一个日趋完善的数字化电厂。
为此，发电厂主厂房将全面采用现场总线分散控制系统。本工程在DCS 现场设备层全面采用现场总线技术，所有调节回路控制策略和设备顺序控制逻辑仍按照工艺系统划分在各DCS 控制器中集中处理。其中，对机组安全运行至关重要且回路处理速度要求高的锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）中涉及锅炉本体基本保护的部分、汽机数字电液控制系统（DEH）中涉及转速、应力和负荷控制部分、汽机本体紧急跳闸系统（ETS）、给水泵汽轮机电液调节系统（MEH）、给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）以及旁路控制系统（BPC）仍采用成熟的常规控制方式。
机组事故顺序记录（SOE）要求有1ms的分辨率，为保证SOE的分辨率，仍采用常规DI卡或专用SOE卡。燃油泵房和中央泵房控制采用常规的DCS远程I/O站。本工程旁路控制、锅炉吹灰控制、烟气脱硝吸收部分（SCR）控制纳入机组DCS。锅炉吹灰控制采用常规方案。烟气脱硝吸收部分（SCR）控制将全面采用现场总线控制系统。
现场相对集中的温度测点如炉膛壁温、汽机和发电机本体温度等测点，采用国产智能前端或DCS一体化远程IO设备接入DCS。机组DCS配置示意图如图1所示。
两台单元机组的控制分别由两套DCS实现，设置一套公用DCS对公用系统进行监视和控制。公用DCS可分别与两台机组DCS通讯，在两台机组DCS中的任意一台操作员站上均可对接入公用DCS的系统进行监控。公用DCS不再设置单独的操作员站。
图1 机组DCS配置示意图
DEH 和MEH 采用与机组DCS 相同的硬件和软件产品，将DEH 和MEH 连接到机组DCS 网络中，最终实现与机组DCS 的无缝连接。MEH（包含METS）系统的监控将在机组DCS 操作员站上完成。
脱硫系统采用EPC 方式进行工程建设，脱硫系统作为机组控制系统的一部分，将全面采用现场总线控制技术。其中，脱硫单元部分纳入机组单元DCS 网络，脱硫公用部分纳入DCS 公用网络，实现机、炉、电、脱硫集中控制方式。
每台机组DCS 分别配置一台专用的数据采集接口和一台硬件形式的防火墙与SIS 相连（ 公用DCS 与SIS 不直接相连，通过两台机组DCS 的接口与SIS 连接） 。SIS 系统可以通过该数据采集接口访问DCS 数据。SIS 系统向数据采集接口计算机请求获得数据，数据采集接口计算机接到SIS 系统的请求后从DCS 系统取得数据并发送给SIS 系统。SIS 不对控制系统控制网络进行修改、组态或对工艺过程进行直接控制。但控制系统应允许SIS 向DCS 提供操作指导等非控制信息。以此为基础来构建全厂信息监控系统以及管理信息系统。 3 发电厂辅助厂房现场总线应用方案
本期工程辅助系统主要包括水处理系统、灰渣系统、输煤系统等。辅助车间系统作为电厂生产运行的一部分，有其自身的工艺特点，包括功能的重要性、车间布置的分散性、运行的非连续性、开关量控制为主、各电厂随自身条件差异而引起的差异性较大等。
辅助车间的监控和管理，一是要求提高机务设备本身的经济性及可靠性，二是要求降低投资成本和减员增效。为此，本工程根据电厂运行特点，着实缩减现场配置的操作员站数量，以减少现场运行成本。各辅助生产系统采用DCS 联网控制，即将输煤控制系统、灰、渣、除尘控制系统、水控制系统采用统一的DCS 系统在机组集控室的辅控DCS 系统操作员站上进行集中监控。水系统包括凝结水精处理系统、化学加药系统、汽水取样系统、机组排水槽系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、循环水石灰处理系统、循环水排污水膜处理系统、煤泥水石灰处理系统、脱硝公用系统、补给水泵房、生活污水处理系统、全厂工业供水系统、全厂生活水、化学水供水系统。水系统在补给水处理车间设置就地监控点； 凝结水精处理电子设备室设置工程师站/操作员站仅作为维护、巡检用； 输煤系统在煤控楼设置就地监控点； 灰、渣、除尘系统在除灰除尘脱硫综合楼设置就地监控点。其中： 脱硝公用氨站控制由辅控DCS 实现，联入水网。输煤工艺系统的控制基本以开关量程序控制为主，仅有极少量的简单模拟量检测与调节，应用现场总线技术体现不出其优越性，因此仍采用常规的PLC+上位机方案。
本工程辅助生产系统设置独立的辅控DCS，以更好地实现电厂管控一体化。本工程辅助系统（车间）集中控制系统的核心网络拓扑结构考虑采用星形拓扑结构。辅助生产系统控制网络结构图如图2所示。
本工程辅助车间（系统）集中监控网的监控分层：第一层： 设有锅炉补给水等辅助车间控制系统，各辅助车间控制系统均设有后备监控点及分系统监控网络，用于系统初期调试、启动、初期运行和故障时使用，辅助车间控制系统均设有2台冗余配置的交换机，每台交换机配有足够的10M/100M电口和2个100M光口，电口用于辅助车间控制系统连接，光口用于与辅助车间（系统）分散控制系统及辅控网连接。
第二层：辅助车间（系统）集中监控网，在辅助车间（系统）分散控制值班监控点，配置两台冗余主交换机，操作员站及工程师站、打印机、数据服务器/历史站各插两块PCI 100M以太网卡，并分别接人不同的光纤主交换机。采用光纤、冗余交换机、数据服务器/历史站、打印机、操作员站构成上一层完整的辅助车间（系统） 集中监视控制系统。
第三层： 辅助车间（系统） 集中监控系统信息通过光纤主交换机1000M 光口连接至SIS 系统，投标方应保证辅助车间（系统） 分散控制系统及辅控网实时数据向SIS 发送的同时不影响辅助车间集中控制网本身的控制功能。
4 发电厂现场总线应用设备方案
根据目前主要仪控设备生产商提供的产品信息以及国内各工程的应用实践，本工程确定现场总线设备的应用方案如下：
1） 现场总线型变送器
目前，世界各大仪表生产厂都相继推出了现场总线型变送器，支持FF 和PROFIBUS 现场总线地变送器在电厂过程控制中已得到广泛使用，从应用效果来看，其可靠性和信息量已经得到公认，因此本期工程将决定大范围采用现场总线变送器，除与机组重要保护和调节相关的变送器采用具有HART通讯协议的常规智能型进口产品。
图2 辅助生产系统控制网络结构图
2） 本工程电动执行机构均考虑采用具有现场总线接口的设备，气动调节阀执行机构采用带现场总线接口的智能定位器，其中与机组重要保护和调节相关的阀门电动/气动执行机构采用具有HART 通讯协议的常规智能型进口产品。
3） 由于主厂房内电磁阀较为分散，主厂房内电磁阀将采用常规I /O 方式接入DCS。辅助系统电磁阀采用现场总线电磁阀岛的方式接入控制网络。
4） 现场分散的温度测点采用常规热电偶/电阻模件接入DCS。
5） 由于现场总线开关量仪表相对于常规仪表增加信息不多，本工程开关量仪表仍然采用常规设计方案。
5 结论
该发电厂将是最先在主厂房以及辅助厂房均大范围地应用现场总线DCS 控制系统的工程，以上述所定的应用原则以及设备应用原则将是电厂对现场总线DCS 控制系统扩大设计的又一尝试，其成功实施与运行必将推进现场总线技术在电厂的深入应用。
参考文献
[1]韩璞.火力发电厂计算机监控与监测[M].北京：中国水利电力出版社，2005.
[2]颜渝坪，崔逸群，王春利，等.火电厂现场总线控制系统的成功应用[J].中国电力，2007，40（3）.
关键词： 发电厂； 现场总线控制系统； DCS
0 引言
该发电厂为2× 660MW超临界机组，本期工程同步建设脱硫和脱硝工程，电厂循环水采用带自然通风冷却塔的二次循环供水系统。
机组辅助系统主要包括凝结水精处理系统、化学加药系统、汽水取样系统、机组排水槽系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、循环水石灰处理系统、循环水排污水膜处理系统、煤泥水石灰处理系统、脱硝公用系统、补给水泵房、生活污水处理系统、全厂工业供水系统、全厂生活水、化学水供水系统、排渣系统、飞灰系统、输煤系统等。
1 现场总线技术在国内电厂中的应用概况
现场总线技术自80 年代末期开始发展起来，开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃，同时可降低设计、施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。已广泛成功地应用在石化、化工、冶金、医药、市政工程、楼宇、建材等多个行业。随着人们认识的提高以及现场总线仪表设备的成熟，近些年来，现场总线在电厂中的应用日益广泛。
山东莱城电厂扩建工程3、4号机组采用德国西门子TELEPERM-XP分散控制系统，400V及以下电动机配套西门子公司的SIMOCODE电动机控制保护设备，SIMOCODE电动机控制保护设备安装在开关柜中，每台机组共计83台电动机及电加热器通过PROFIBUS现场总线TELEPERM-XP相连。目前电厂已投入运行，现场总线系统运行基本稳定。
江阴夏港电厂5、6号机组（2×330MW）采用FOXBORO公司的I/A分散控制系统， 380V开关柜采用西门子公司的SIMOCODE电动机保护控制设备，通过PROFIBUS-DP 与I/A分散控制系统相连，6kV采用WDZ400系列国产智能装置，重要信号通过硬接线与分散控制系统相连，其它信号通过MODBUS总线与I/A分散控制系统连接。目前5、6号机组已投入运行，现场总线系统运行稳定，反映较好。
除此之外，江苏望亭燃气联合循环发电厂（2×390MW）控制系统采用艾默生过程管理公司的OVATION分散控制系统，浙江国华宁海发电厂（4×600MW）控制系统采用西门子TELEPERM-XP分散控制系统，都在不同程度上应用了现场总线控制技术。华能玉环电厂（4×1000MW）在锅炉补给水系统、废水系统中采用PROFIBUS 现场总线技术，目前已成功投入运行。华能金陵电厂二期工程（2×1000MW）在主厂房中采用DCS-PROFIBUS现场总线技术，辅助系统采用PLC- PROFIBUS现场总线技术，目前已成功投入运行。
2 本发电厂主厂房现场总线应用方案
随着工程实践的增加，人们对电厂现场总线控制系统的认识日益深化，人们从减少电缆长度、降低工程费用的层面拓展到如何构建一个更加广泛和深入的设备管理一体化系统，形成设备生命周期内优化实时数据信息，对数据的精准度和全面性提出了更高的要求，同时也在寻找着可靠而周密的管理数据以提高全厂的自动化水平，旨在创建一个日趋完善的数字化电厂。
为此，发电厂主厂房将全面采用现场总线分散控制系统。本工程在DCS 现场设备层全面采用现场总线技术，所有调节回路控制策略和设备顺序控制逻辑仍按照工艺系统划分在各DCS 控制器中集中处理。其中，对机组安全运行至关重要且回路处理速度要求高的锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）中涉及锅炉本体基本保护的部分、汽机数字电液控制系统（DEH）中涉及转速、应力和负荷控制部分、汽机本体紧急跳闸系统（ETS）、给水泵汽轮机电液调节系统（MEH）、给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）以及旁路控制系统（BPC）仍采用成熟的常规控制方式。
机组事故顺序记录（SOE）要求有1ms的分辨率，为保证SOE的分辨率，仍采用常规DI卡或专用SOE卡。燃油泵房和中央泵房控制采用常规的DCS远程I/O站。本工程旁路控制、锅炉吹灰控制、烟气脱硝吸收部分（SCR）控制纳入机组DCS。锅炉吹灰控制采用常规方案。烟气脱硝吸收部分（SCR）控制将全面采用现场总线控制系统。
现场相对集中的温度测点如炉膛壁温、汽机和发电机本体温度等测点，采用国产智能前端或DCS一体化远程IO设备接入DCS。机组DCS配置示意图如图1所示。
两台单元机组的控制分别由两套DCS实现，设置一套公用DCS对公用系统进行监视和控制。公用DCS可分别与两台机组DCS通讯，在两台机组DCS中的任意一台操作员站上均可对接入公用DCS的系统进行监控。公用DCS不再设置单独的操作员站。
图1 机组DCS配置示意图
DEH 和MEH 采用与机组DCS 相同的硬件和软件产品，将DEH 和MEH 连接到机组DCS 网络中，最终实现与机组DCS 的无缝连接。MEH（包含METS）系统的监控将在机组DCS 操作员站上完成。
脱硫系统采用EPC 方式进行工程建设，脱硫系统作为机组控制系统的一部分，将全面采用现场总线控制技术。其中，脱硫单元部分纳入机组单元DCS 网络，脱硫公用部分纳入DCS 公用网络，实现机、炉、电、脱硫集中控制方式。
每台机组DCS 分别配置一台专用的数据采集接口和一台硬件形式的防火墙与SIS 相连（ 公用DCS 与SIS 不直接相连，通过两台机组DCS 的接口与SIS 连接） 。SIS 系统可以通过该数据采集接口访问DCS 数据。SIS 系统向数据采集接口计算机请求获得数据，数据采集接口计算机接到SIS 系统的请求后从DCS 系统取得数据并发送给SIS 系统。SIS 不对控制系统控制网络进行修改、组态或对工艺过程进行直接控制。但控制系统应允许SIS 向DCS 提供操作指导等非控制信息。以此为基础来构建全厂信息监控系统以及管理信息系统。 3 发电厂辅助厂房现场总线应用方案
本期工程辅助系统主要包括水处理系统、灰渣系统、输煤系统等。辅助车间系统作为电厂生产运行的一部分，有其自身的工艺特点，包括功能的重要性、车间布置的分散性、运行的非连续性、开关量控制为主、各电厂随自身条件差异而引起的差异性较大等。
辅助车间的监控和管理，一是要求提高机务设备本身的经济性及可靠性，二是要求降低投资成本和减员增效。为此，本工程根据电厂运行特点，着实缩减现场配置的操作员站数量，以减少现场运行成本。各辅助生产系统采用DCS 联网控制，即将输煤控制系统、灰、渣、除尘控制系统、水控制系统采用统一的DCS 系统在机组集控室的辅控DCS 系统操作员站上进行集中监控。水系统包括凝结水精处理系统、化学加药系统、汽水取样系统、机组排水槽系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、循环水石灰处理系统、循环水排污水膜处理系统、煤泥水石灰处理系统、脱硝公用系统、补给水泵房、生活污水处理系统、全厂工业供水系统、全厂生活水、化学水供水系统。水系统在补给水处理车间设置就地监控点； 凝结水精处理电子设备室设置工程师站/操作员站仅作为维护、巡检用； 输煤系统在煤控楼设置就地监控点； 灰、渣、除尘系统在除灰除尘脱硫综合楼设置就地监控点。其中： 脱硝公用氨站控制由辅控DCS 实现，联入水网。输煤工艺系统的控制基本以开关量程序控制为主，仅有极少量的简单模拟量检测与调节，应用现场总线技术体现不出其优越性，因此仍采用常规的PLC+上位机方案。
本工程辅助生产系统设置独立的辅控DCS，以更好地实现电厂管控一体化。本工程辅助系统（车间）集中控制系统的核心网络拓扑结构考虑采用星形拓扑结构。辅助生产系统控制网络结构图如图2所示。
本工程辅助车间（系统）集中监控网的监控分层：第一层： 设有锅炉补给水等辅助车间控制系统，各辅助车间控制系统均设有后备监控点及分系统监控网络，用于系统初期调试、启动、初期运行和故障时使用，辅助车间控制系统均设有2台冗余配置的交换机，每台交换机配有足够的10M/100M电口和2个100M光口，电口用于辅助车间控制系统连接，光口用于与辅助车间（系统）分散控制系统及辅控网连接。
第二层：辅助车间（系统）集中监控网，在辅助车间（系统）分散控制值班监控点，配置两台冗余主交换机，操作员站及工程师站、打印机、数据服务器/历史站各插两块PCI 100M以太网卡，并分别接人不同的光纤主交换机。采用光纤、冗余交换机、数据服务器/历史站、打印机、操作员站构成上一层完整的辅助车间（系统） 集中监视控制系统。
第三层： 辅助车间（系统） 集中监控系统信息通过光纤主交换机1000M 光口连接至SIS 系统，投标方应保证辅助车间（系统） 分散控制系统及辅控网实时数据向SIS 发送的同时不影响辅助车间集中控制网本身的控制功能。
4 发电厂现场总线应用设备方案
根据目前主要仪控设备生产商提供的产品信息以及国内各工程的应用实践，本工程确定现场总线设备的应用方案如下：
1） 现场总线型变送器
目前，世界各大仪表生产厂都相继推出了现场总线型变送器，支持FF 和PROFIBUS 现场总线地变送器在电厂过程控制中已得到广泛使用，从应用效果来看，其可靠性和信息量已经得到公认，因此本期工程将决定大范围采用现场总线变送器，除与机组重要保护和调节相关的变送器采用具有HART通讯协议的常规智能型进口产品。
图2 辅助生产系统控制网络结构图
2） 本工程电动执行机构均考虑采用具有现场总线接口的设备，气动调节阀执行机构采用带现场总线接口的智能定位器，其中与机组重要保护和调节相关的阀门电动/气动执行机构采用具有HART 通讯协议的常规智能型进口产品。
3） 由于主厂房内电磁阀较为分散，主厂房内电磁阀将采用常规I /O 方式接入DCS。辅助系统电磁阀采用现场总线电磁阀岛的方式接入控制网络。
4） 现场分散的温度测点采用常规热电偶/电阻模件接入DCS。
5） 由于现场总线开关量仪表相对于常规仪表增加信息不多，本工程开关量仪表仍然采用常规设计方案。
5 结论
该发电厂将是最先在主厂房以及辅助厂房均大范围地应用现场总线DCS 控制系统的工程，以上述所定的应用原则以及设备应用原则将是电厂对现场总线DCS 控制系统扩大设计的又一尝试，其成功实施与运行必将推进现场总线技术在电厂的深入应用。
参考文献
[1]韩璞.火力发电厂计算机监控与监测[M].北京：中国水利电力出版社，2005.
[2]颜渝坪，崔逸群，王春利，等.火电厂现场总线控制系统的成功应用[J].中国电力，2007，40（3）.