現(xiàn)場(chǎng)總線在江陰夏港電廠的應(yīng)用

一、引言
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)自70年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡(jiǎn)化安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。PROFIBUS作為現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，不論是在自動(dòng)化儀表、遠(yuǎn)程I/O,還是在電機(jī)控制裝置中的應(yīng)用均日益廣泛起來(lái)。
現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一PROFIBUS技術(shù)是1987年由SIEMENS公司等13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)發(fā)；1989年批準(zhǔn)為德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245；1996年批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170V.2；1999年P(guān)ROFIBUS成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分（TypeIII）。
PROFIBUS技術(shù)為設(shè)備層提供了PROFIBUS-DP和-PA技術(shù)，為車間層提供了PROFIBUS-FMS技術(shù)。PROFIBUS-DP是設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線，用于控制器（如DCS、PLC、PC）與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備（如驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)設(shè)備、HMI等）之間的通信總線。
PROFIBUS-DP總線技術(shù)具有高速（12M）、實(shí)時(shí)、確定、可靠的特點(diǎn)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)較小?，F(xiàn)場(chǎng)總線的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的要求，即通信的實(shí)時(shí)性和確定性。確定性確保站點(diǎn)每次得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)間隔和時(shí)間是確定的；實(shí)時(shí)性是指網(wǎng)絡(luò)分配給站點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間和間隔可以保證站點(diǎn)完成它確定的任務(wù)。
PROFIBUS的特點(diǎn)總結(jié)如下：
1）開(kāi)放性好（目前800～1000多家廠商的產(chǎn)品支持該總線）；
2）傳送速度快，可達(dá)12M；
3）節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)布線，降低工程成本；
4）配置靈活。
2004年，PROFIBUS國(guó)際組織宣布，基于PROFIBUS接口的設(shè)備節(jié)點(diǎn)在2003底時(shí)突破1000萬(wàn),成為名副其實(shí)、最具實(shí)力的全球領(lǐng)先的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。
目前PROFIBUS的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式主要有令牌和主從兩種方式,遵循附屬主－從令牌通行原則。這種方法區(qū)分了主動(dòng)和被動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。只有主動(dòng)節(jié)點(diǎn)才接受令牌，也就是發(fā)送的權(quán)利，它在一段規(guī)定的時(shí)間里將令牌從一個(gè)主動(dòng)節(jié)點(diǎn)送到下一個(gè)主動(dòng)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)自動(dòng)偵測(cè)節(jié)點(diǎn)是否離去或是否有新的節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)上。網(wǎng)上的所有節(jié)點(diǎn)都必須以同一傳輸速率通訊。
PROFIBUS-DP總線技術(shù)可采用電氣和光纖網(wǎng)絡(luò)配置。電氣網(wǎng)絡(luò)利用屏蔽的雙絞線電纜作為傳輸介質(zhì)。采用的RS485電氣標(biāo)準(zhǔn)是基于電壓差工作的，因此對(duì)于干擾的敏感性要比電壓或電流接口小。傳輸速率可以從9.6Kbps到12Mbps間選擇，速率的大小與網(wǎng)絡(luò)段長(zhǎng)有關(guān)。
英思維公司（Invensys）是國(guó)際知名的儀控行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，緊密跟蹤了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展潮流，并率先在其自動(dòng)化產(chǎn)品中提供了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的支持。以英思維歐陸公司（EUROTHERMPROCESSAUTOMATION簡(jiǎn)稱EPA）的硬件和系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，南京科遠(yuǎn)控制工程有限公司自主研發(fā)了火電廠自動(dòng)化軟件（V1.0）,推出了新型的NETWORK-6000＋分散控制系統(tǒng)。NETWORK-6000+使用PROFIBUS技術(shù)作為其設(shè)備層通訊標(biāo)準(zhǔn)，能夠使用PROFIBUS集成標(biāo)準(zhǔn)的第三方現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。
本文介紹的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品是SIEMENS的3UF50電機(jī)控制單元。該裝置支持PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，具有完善的電機(jī)控制和保護(hù)功能。通過(guò)這個(gè)裝置，控制系統(tǒng)可以方便地對(duì)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。3UF50簡(jiǎn)稱SIMOCODE。
二、江陰夏港電廠介紹
江陰夏港電廠位于江蘇省江陰市夏港鎮(zhèn)，屬江陰蘇龍發(fā)電有限公司,目前已有三期工程，一、二期分別是兩臺(tái)135MW單元機(jī)組，三期是兩臺(tái)亞臨界330MW單元機(jī)組。一至三期DCS均由南京科遠(yuǎn)控制工程有限公司供貨。三期第一臺(tái)330MW單元機(jī)組已于2004年12月13日順利完成168小時(shí)試運(yùn)行，并移交投入商業(yè)運(yùn)行。其自動(dòng)和保護(hù)投入率達(dá)99％，點(diǎn)火到168結(jié)束前后共10天；三期第二臺(tái)330MW單元機(jī)組已于2005年8月9日順利完成168小時(shí)試運(yùn)行，已投入商業(yè)運(yùn)行。其自動(dòng)和保護(hù)投入率達(dá)99％，自點(diǎn)火到168結(jié)束前后共9天的，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)30萬(wàn)等級(jí)機(jī)組的最快記錄。此外，科遠(yuǎn)公司還承接了江陰夏港電廠的一、二及三期脫硫DCS項(xiàng)目。
夏港電廠一、二期共4×135MW單元機(jī)組采用了NETWORK-6000+分散控制系統(tǒng)，三期2×330MW單元機(jī)組采用了FOXBOROI/ASeries分散控制系統(tǒng)；一、二、三期脫硫也采用NETWORK-6000+。
江陰夏港電廠在三期主廠房及脫硫輔助車間大量使用SIEMENSSIMOCODE裝置，用于低400V電機(jī)的控制和保護(hù)。SIMOCODE安裝在就地電氣控制柜，DCS對(duì)400V電機(jī)控制通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
三期單臺(tái)330MW單元機(jī)組DCS共使用十四對(duì)控制器，公用系統(tǒng)單獨(dú)一對(duì)。I/ASeries系統(tǒng)采用專用的通訊卡件FBM223，與SIMOCODE實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP通訊連接。實(shí)際中，在七對(duì)控制器下布置了八只FBM223卡件；每只FBM223通訊卡件具有兩個(gè)獨(dú)立的通訊口，工程實(shí)施中兩個(gè)端口均投入使用，降低了通訊風(fēng)險(xiǎn)，且大量互為備用的設(shè)備分配到不同的FBM223卡件下。每臺(tái)330MW單元機(jī)組DCS共使用了114只SIMOCODE（其中備用34只）。目前，這是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在330MW機(jī)組控制系統(tǒng)中最大規(guī)模的應(yīng)用。
脫硫輔助車間DCS使用NETWORK-6000+分散控制系統(tǒng)，共七對(duì)控制器，該控制器以PROFIBUS作為其IO總線，SIMOCODE可以和EPA的I/O機(jī)架按總線連接方式混合連接，實(shí)施中每對(duì)控制器都有SIMOCODE通訊。三期脫硫DCS共使用了118只SIMOCODE（其中備用16只）。
本文以NETWORK-6000+控制系統(tǒng)為例，說(shuō)明英思維自動(dòng)化產(chǎn)品的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。
三、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用方案
NETWORK-6000+分散控制系統(tǒng)由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)界面、控制網(wǎng)絡(luò)、分散處理單元、I/O網(wǎng)絡(luò)（PROFIBUS）和I/O模件等部分組成。NETWORK-6000+可廣泛應(yīng)用在火電廠主機(jī)、輔機(jī)控制上，下面介紹PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在夏港電廠DCS系統(tǒng)的應(yīng)用。
NETWORK-6000＋分散控制系統(tǒng)，其分散處理單元（DPU）T940X的CPU采用Pentium級(jí)芯片，主頻266MHZ，閃存不小于8Mbyte,可聯(lián)結(jié)1024點(diǎn)I/O，運(yùn)行2000個(gè)Block，具有強(qiáng)大的處理能力，是目前世界上速度最快的DPU之一，DPU和I/O機(jī)架之間通訊速率高達(dá)12Mbps。每對(duì)控制器最多可帶122個(gè)I/O機(jī)架。I/O機(jī)架與T940X通訊使用PROFIBUS－DP協(xié)議。圖一是T940X與EPAI/O機(jī)架、SIMOCODE系統(tǒng)連接示意圖：

圖一、T940X的Profibus連接

T940X控制器的主要性能指標(biāo)如下：
●電源冗余；
●控制器冗余；
●冗余ELIN（EtherNetforLIN）網(wǎng)絡(luò)；
●PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)接口，支持PROFIBUS－DP標(biāo)準(zhǔn)；
●具有MODBUS通訊接口；
●具有電源、通訊、看門(mén)狗、運(yùn)行、后備指示。
在工程中，NETWORK-6000＋分散控制系統(tǒng)配置了三級(jí)網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)和I/O網(wǎng)絡(luò)。I/O網(wǎng)絡(luò)完成的是DPU和I/O模件及SIMOCODE的數(shù)據(jù)交換，控制策略的運(yùn)算在DPU中完成。
控制網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，主要完成DPU之間、DPU和操作員站之間的數(shù)據(jù)交換，速度是100Mbps，符合IEEE802.4協(xié)議的令牌工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，可1:1冗余，具有通訊接口自診斷能力。T940X具有一對(duì)以太網(wǎng)接口，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與系統(tǒng)相連。以太網(wǎng)交換機(jī)采用快速生成樹(shù)協(xié)議或?qū)Ｓ脜f(xié)議實(shí)現(xiàn)環(huán)狀冗余連接。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障后，路徑切換時(shí)間小于300毫秒?；陔p絞線的最大長(zhǎng)度是100m，基于光纖的最大長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)公里，最大可以支持512個(gè)站。