數(shù)字化電廠架構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)火電廠廠級(jí)和機(jī)組（車(chē)間）級(jí)已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備級(jí)大部分尚未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，這已成為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)需要解決的難題。建設(shè)數(shù)字化電廠的目的是使發(fā)電廠在整個(gè)服役期經(jīng)濟(jì)效益最大化。數(shù)字化電廠結(jié)構(gòu)模型可劃分為 3 層（直接控制層、管控一體化層、管理決策層）和 2 個(gè)支持系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫(kù)支持系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)），它們分別交叉和納人在 DCS （包括 FCS ）、電站仿真系統(tǒng) ( SIMU ）、火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、管理信息系統(tǒng)（ MIS ）及決策支持系統(tǒng)（ DSS ）中。

一、數(shù)字化電廠的基礎(chǔ)條件

　　(1) MIS 是建設(shè)數(shù)字化電廠的關(guān)鍵系統(tǒng)，主要為全廠運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)和管理服務(wù)，完成設(shè)備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理（包含電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)子系統(tǒng)）、財(cái)務(wù)管理等功能。 MIS 具有 2 個(gè)層次的功能：自動(dòng)傳遞和匯集數(shù)據(jù)；以成本核算和資源集成為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整理、發(fā)掘和分析。

　　(2) SIS為 MIS 的生產(chǎn)過(guò)程管理功能模塊。 SIS既是發(fā)電廠建立全廠生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的平臺(tái)，也是為全廠生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化服務(wù)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)。SIS一端是控制系統(tǒng)（ DCS / PLC / 機(jī)組仿真系統(tǒng)），另一端是 MIS ，其應(yīng)用模塊主要有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與處理模塊、性能計(jì)算與能損分析模塊、工況分析模塊、運(yùn)行故障診斷模塊、吹灰優(yōu)化模塊、參數(shù)劣化分析模塊、機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配模塊及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估模塊。

　　SIS對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，其實(shí)時(shí)信息取自 DCSO由于 DCS 采用的模擬量、開(kāi)關(guān)量、數(shù)字信號(hào)為混合系統(tǒng)信號(hào)制，而且為單向，不具有將設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息上傳至控制器的功能，從而使SIS無(wú)法獲得這些信息，成為SIS進(jìn)一步提高功效的瓶頸。

　　(3) FCS 應(yīng)用于電廠機(jī)組級(jí)控制，其采用全數(shù)字、雙向通信的現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制，解決了智能現(xiàn)場(chǎng)儀表與智能控制室儀表之間的非智能連接問(wèn)題，為建設(shè)數(shù)字化電廠提供了基礎(chǔ)條件。

二、FCS的設(shè)計(jì)

　　(1) 現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)2000 年4月公布的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) IEC61158 包括了 10 種類(lèi)型，其中基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）和過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus）在過(guò)程控制領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)F 較適合模擬量控制，Profibus 較適合開(kāi)關(guān)量控制。

　　(2)重要控制與安全回路現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)大型機(jī)組的主控制系統(tǒng)上應(yīng)用還處于起步階段，為了保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)(ETS）、給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）和給水泵汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）等不采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式。

　　(3)電動(dòng)機(jī)控制 部分380V、6kV電動(dòng)機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式。

　　(4)DCS為基本系統(tǒng) 由于有些DCS可與FCS無(wú)縫連接，因此采用以DCS為基礎(chǔ)利用 FCS 的信息處理、設(shè)備診斷和設(shè)備管理軟件進(jìn)行設(shè)備級(jí)控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。