現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用與前景 １
20世紀(jì)80年代，DCS(數(shù)字式分散控制系統(tǒng))開始進(jìn)入電站自動化控制領(lǐng)域,由于其在安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益等方面帶來的正面作用是以往任何一種控制系統(tǒng)無法與其相提并論的，因此，DCS在電站被廣泛使用。
目前300MW以上機(jī)組，無論是國產(chǎn)機(jī)組還是引進(jìn)機(jī)組，無一例外采用DCS，就連200MW、100MW機(jī)組也在使用DCS來進(jìn)行改造，甚至于一些自備電廠的25MW、12MW的火電機(jī)組也采用DCS系統(tǒng)。
那么，作為20世紀(jì)90年代才走向?qū)嵱没模谧詣踊I(lǐng)域內(nèi)最為新型的控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbuscontrolsystem,FCS)，能否也像DCS系統(tǒng)一樣被電站接受并廣為推廣使用?
1 FCS與DCS相比較最顯著的特點(diǎn)
根據(jù)國際電工委員會IEC1158定義:安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。
以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。即:現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)。
DCS與FCS的具體比較如下:
(1)DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到位，事后擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。
(2)DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。
(3)DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
(4)FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，從而改善調(diào)節(jié)性能。
(5)DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無法比擬的。
(6)FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，有專家認(rèn)為可以節(jié)省60%。
目前300MW以上機(jī)組，無論是國產(chǎn)機(jī)組還是引進(jìn)機(jī)組，無一例外采用DCS，就連200MW、100MW機(jī)組也在使用DCS來進(jìn)行改造，甚至于一些自備電廠的25MW、12MW的火電機(jī)組也采用DCS系統(tǒng)。
那么，作為20世紀(jì)90年代才走向?qū)嵱没模谧詣踊I(lǐng)域內(nèi)最為新型的控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbuscontrolsystem,FCS)，能否也像DCS系統(tǒng)一樣被電站接受并廣為推廣使用?
1 FCS與DCS相比較最顯著的特點(diǎn)
根據(jù)國際電工委員會IEC1158定義:安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。
以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。即:現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)。
DCS與FCS的具體比較如下:
(1)DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以必須整體投資一步到位，事后擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。
(2)DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。
(3)DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
(4)FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的2～5次/s，提高到FCS的10～20次/s，從而改善調(diào)節(jié)性能。
(5)DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無法比擬的。
(6)FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS系統(tǒng)相比，可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積，有專家認(rèn)為可以節(jié)省60%。
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