现场总线控制系统在核电站的应用
1、FCS在核电站中的发展
自Foxboro公司上个世纪80年代推出I/A Series系统以来，90年代是FCS发展阶段。1991年美国Echelon公司推出具有全分布式智能控制网络的Lon Works系统，但只是在非核领域里的应用。随着FCS技术的成熟，几个代表国际先进的自动控制系统公司纷纷推出新一代核电站自动控制系统：由ABB-CE公司推出先进的80+系统应用在1300 MW核电机组上。ABB-CE公司的80+系统1997年5月获得美国核管会（USNRC）第二次的批准，有效期15年[2]。美国西屋公司1995年已成功地运用在捷克的Temelin核电站上，这是俄罗斯的VVER型核电机组，因原来控制系统比较落后，经改造，由西屋公司最近一代的数字化集成控制系统替代[3]。日本日立公司NUCAMM-90系统是世界上首次应用在1350 MW ABWR（先进的沸水堆）上，首批2台机组（柏崎刈羽6号、7号）分别于1996年和1997年在日本投入商业运行[4]。法国法马通公司的1450 MW Civaux-1和Civaux-2机组是新一代压水堆核电站，采用了Sama公司N4控制系统，1999年两台机组相继投入商运。还有Emerson公司推出Plantweb（叫做Emerson Process Management）系统。进入21世纪，Foxboro公司2003年推出两套新的现场总线模式I/A Series系列（ZCP270、FCP270）的自动控制系统；日本横河公司（YOKOGAWA）推出了CS3000 R3系统。这些新的现场总线控制系统会带来更安全、更可靠的核电站。
近几年国内FCS生产厂家（如：浙大中控、上海新华、北京和利时等[5]）经过十几年的努力，使国产FCS领域得到了发展。由国家支持的工业控制技术国家重点实验室已于1995年10月正式对外开放，在现场总线控制系统基础关键技术研究方面解决了现场总线信号的超远距离传输技术、低功耗技术、软件调制解调技术、网络模糊测试评估技术、无冲击带电插拔技术、自适应脉冲输入技术、网络化系统集成技术、DCS任意冗余技术，打破了国外产品垄断国内市场的局面[6]。可以说用户需求拉动了FCS发展，相关技术的成熟发展提高了FCS质量可靠性，而当代网络技术、数据库技术、现场总线技术的发展为开放系统提供了可能，具备系统性、全面性、实时性和准确性，使企业的效益和效率要求进一步提高。
秦山一期核电站是中国自行设计、建造的第一座30万kW核电站，1994年投入商业运营。仪表和控制（IC）设备是采用模拟量组合单元仪表为主的控制系统。 田湾核电站是我国第一个全面（常规岛和核岛）采用数字化仪控系统的核电厂，使用了西门子全数字化仪控系统[7]。
2、FCS介绍
核电站的设备可分为四大部分：核岛设备，常规岛设备，BOP（Balance of Plant电厂配套系统）设备，仪表和控制（IC）设备。随着数字技术的发展，核电站的各类设备向技术更先进、工艺更完善、更可靠、更安全的方向发展，尤其是仪表和控制系统的技术发展最快。
核电站仪表和控制系统技术的发展大致分三个过程：由以模拟量组合单元仪表为主的主控制系统，以模拟量和数字量混合运用为主的主控制系统，以集成全数字式为主的主控制系统。
FCS是由DCS（Distributed Control System分布式控制系统）和PLC（可编程逻辑控制）发展而来的，现场总线是从简单的I/O总线逐步到网络形式的总线结构，所以FCS具备PLC和DCS的所有特点。FCS与DCS的区别就在于现场总线，即FCS以网络形式的总线结构标准化，这也是核心所在。国内有人把FCS称为第四代DCS[8]。现场总线标准化的应用实现了仪控系统的开放性，实现了现场处理信息、管理信息的可行性。
FCS的主要特征：混合控制功能（离散控制、过程控制都有），数字智能现场装置，应用现场总线技术，信息化和集成化，开放型平台与信息处理现场化。
FCS从结构上划分，包括控制层、监控层和管理层。控制层主要由过程控制站、I/O单元和智能现场仪表组成，是控制核电站设备功能的主要实施部分。监控层包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理层主要是指经营管理部门通过网络可以看到主控的主要实时信息，了解核电站运行情况，但不能操作。这是FCS作为更高层次的管理应用之一。
FCS的主要技术特点有：全数字智能化、多功能、标准信号取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置；用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、控制中心取代每台仪器两根线；多变量、多节点、串行数字通信系统取代单变量、单点、模拟系统；互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的；用分散的虚拟控制站取代集中的控制站；通过工业以太网（Ethernet）可以上挂、下联计算机；在保证安全的前提下局域网可与internet相通；执行通信标准TCP/IP协议和自动化技术的工业标准（如IEC国际电工委员会、ISO国际标准化组织、IEEE电子与电气工程师协会等国际标准）。
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