浅析电气现场总线控制系统

   随着我国电力行业的高速发展，DCS的应用也越来越广泛，但DCS主要完成的是汽轮机、锅炉的自动化过程控制，对电气部分的自动化结合较少，DCS一般未充分考虑电气设备的控制特点，所以无论是功能上还 是系统结构上，与网络微机监控系统相比在开放性、先进性和经济性等方面都有较大的差距。

　　1 电气现场总线控制系统的监控对象

　　电气现场总线控制系统的监控对象主要有：发电机-变压器组，其监控范围主要包括发电机、发电机励 磁系统、主变压器、220kV断路器；高压厂用工作及备用电源，其监控范围主要包括高压厂用工作变压器、 起动-备用变压器等；主厂房内低压厂用电源，其监控范围主要包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压 器、检修变压器和除尘变压器等主厂房的低压厂用变压器；辅助车间低压厂用电源；动力中心至电动机控制中心电源馈线；单元机组发电机和锅炉DCS控制电动机；保安电源；直流系统；交流不停电电源。

　　2 电气现场总线控制系统的特点

　　2.1 电气参数变化快

　　电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开关状态、保 护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。

　　2.2 电气设备的智能化程度高

 　　电气系统的发电机-变压器组保护、起动-备用变压器保护、自动同期装 置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开 关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控 系统采用通信方式进行双向通信。另外，电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般 无调节或其它控制要求，电气设备的控制逻辑简单。

　　2.3 电气设备的控制频度较低

 　　除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外， 在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障 或进行用电源切换。且电气设备具有良好的可控性，这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关 或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。

　　2.4 电气设备的安装环境较好且布置相对集中

 　　电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设 备间内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制设备就地布置提供了有利 条件。

　　3 电气现场总线控制系统配置

　　每台机组配置现场总线控制系统(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，将机组电气系统的发电机-变压 器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入FCS，FCS作为DCS的一个子系统，在DCS操作员站实现 对电气系统的监控，并通过冗余配置的通信服务器在站控层与DCS进行连接。

　　3.1 网络结构

　　电气FCS采用分层、分布式计算机控制系统，在系统功能上分层，设备布置上分散。网 络结构为3层设备2层网方式，3层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层，2层网指连接监控主站层与通 信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。监控主站层由双冗余的系统主机、工程师 站、网络交换机和负责与DCS及厂级监控系统(SIS)通信的双冗余通信服务器等组成，通信子站层主要由安 装于电气继电器室的多串口通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成，间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6kV开关柜和380V开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表 等。通信管理机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况采用Profibus， LON，CAN，工业以太网或其它现场总线进行连接，其主要功能除完成对各综合智能测控单元的数据进行管 理外，还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。公用厂用电系统的站控层以太网独立组网，通 过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接，共用单元机组的工程师站，并通过软、硬件闭锁手段只能 接受一台机组控制系统的操作指令。                                 

　　3.2 数据采集

　　对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器，除少量模拟量信号、高压侧 断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-备 用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与DCS连接外，其它监测信号均通过专设的测控装置接入FCS，再 以通信方式送DCS。电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置(AVR)、 同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、直流系统以及交(直)流不停电电源(UPS)系统等均设有通 信接口，通过多串口通信服务器接入FCS。

　　电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统， 主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其380V配 电装置等，辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变 压器及其380V配电装置等。为与本工程水、煤、灰辅助系统集中控制的思路相适应，辅助车间厂用电源系 统均纳入机组DCS监控。针对热控水、煤、灰单独设置控制点的方案，辅助车间380V电源系统也可纳入相应 可编程序控制器(PLC)控制。

　　为使控制系统接线更加简单，对主厂房重要厂用电源如6kV厂用电系统及锅炉、汽轮机、主厂房公用系 统等，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，即重要DI信号(如断路器合闸位置、断路器跳闸位置、允 许操作、故障)和DO信号(如断路器合闸指令、断路器跳闸指令等)保留硬接线，回路其它所有信息均通过现 场总线以通信方式送入FCS及DCS；而对机组不重要厂用电源如检修、照明、电除尘及辅助车间厂用电系统 等，取消厂用电电源系统全部的硬接线，完全采用通信方式进行监视和控制。

　　对单元机组电动机，由于与机组热工系统联系紧密，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，同 时，要保留和监控逻辑有关的重要信息，采用硬接线的方式，接入DCS中进行监控。FCS采集的供电气系统 分析管理的信息如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据，送入FCS的工程师站进行分析处理，不送 入DCS，但可以通过独立的通信接口送入SIS和管理信息系统(MIS)。

　　4 结束语

　　随着电厂自动化水平的不断提高，电气系统采用计算机控制已成为当前设计的主流，控制方式也从单 纯的DCS监控逐步向具备故障分析、信息管理、设备管理、自动抄表、仿真培训等高等级运行管理功能的方 向发展，由此又推动了现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用。将FCS应用到火力发电厂控制过程有利 于提高火力发电厂电气系统的自动化水平，节约工程投资，值得大力推广应用。