数字化电厂架构及现场总线控制系统设计

目前，我国火电厂厂级和机组（车间）级已实现了数字化，但现场控制设备级大部分尚未实现数字化，这已成为现场总线技术需要解决的难题。建设数字化电厂的目的是使发电厂在整个服役期经济效益最大化。数字化电厂结构模型可划分为 3 层（直接控制层、管控一体化层、管理决策层）和 2 个支持系统（数据库支持系统和计算机网络支持系统），它们分别交叉和纳人在 DCS （包括 FCS ）、电站仿真系统 ( SIMU ）、火电厂厂级监控信息系统（SIS）、管理信息系统（ MIS ）及决策支持系统（ DSS ）中。

一、数字化电厂的基础条件

　　(1) MIS 是建设数字化电厂的关键系统，主要为全厂运营、生产和管理服务，完成设备和维修管理、生产经营管理（包含电力市场报价子系统）、财务管理等功能。 MIS 具有 2 个层次的功能：自动传递和汇集数据；以成本核算和资源集成为出发点，对管理数据进行加工、整理、发掘和分析。

　　(2) SIS为 MIS 的生产过程管理功能模块。 SIS既是发电厂建立全厂生产过程实时／历史数据库的平台，也是为全厂生产过程优化服务的实时生产过程监控和管理信息系统。SIS一端是控制系统（ DCS / PLC / 机组仿真系统），另一端是 MIS ，其应用模块主要有实时数据分析与处理模块、性能计算与能损分析模块、工况分析模块、运行故障诊断模块、吹灰优化模块、参数劣化分析模块、机组负荷优化分配模块及机组运行状态评估模块。

　　SIS对实时性要求较高，其实时信息取自 DCSO由于 DCS 采用的模拟量、开关量、数字信号为混合系统信号制，而且为单向，不具有将设备状态的实时信息上传至控制器的功能，从而使SIS无法获得这些信息，成为SIS进一步提高功效的瓶颈。

　　(3) FCS 应用于电厂机组级控制，其采用全数字、双向通信的现场总线信号制，解决了智能现场仪表与智能控制室仪表之间的非智能连接问题，为建设数字化电厂提供了基础条件。

二、FCS的设计

　　(1) 现场总线标准2000 年4月公布的国际现场总线标准 IEC61158 包括了 10 种类型，其中基金会现场总线（FF）和过程现场总线（Profibus）在过程控制领域有较广泛的应用，FF 较适合模拟量控制，Profibus 较适合开关量控制。

　　(2)重要控制与安全回路现场总线技术在国内大型机组的主控制系统上应用还处于起步阶段，为了保证机组安全稳定运行，炉膛安全监控系统（FSSS）、数字式电液控制系统（DEH）、汽轮机紧急跳闸系统(ETS）、给水泵汽轮机电液控制系统（MEH）和给水泵汽轮机紧急跳闸系统（METS）等不采用现场总线控制方式。

　　(3)电动机控制 部分380V、6kV电动机采用现场总线控制方式。

　　(4)DCS为基本系统 由于有些DCS可与FCS无缝连接，因此采用以DCS为基础利用 FCS 的信息处理、设备诊断和设备管理软件进行设备级控制的系统结构。