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   1. 項目背景介紹

    建設數字化電廠需要大量的現場實時信息，傳統的DCS難以承受“信息爆炸”的重負。現場總線技術不僅能夠提供傳統I/O數據，而且能夠提供設備狀態、診斷以及歷史統計數據。這些數據借助通信線傳送到控制器、數據庫，不受電纜和距離的限制。在自動化系統的整個生命周期，現場總線控制系統(FCS)能夠節省投資。目前國外新建火電機組多采用現場總線控制系統，如德國德國尼德毫森電廠二期、美國波特蘭電廠、意大利燈塔聯合循環電廠等。國內電力行業自2000年開始研究現場總線技術，2006年首套FCS在華能玉環電廠輔控系統成功運行，2008年華能國際電力股份有限公司依托西安熱工研究院、華東電力設計院啟動了在大型火電機組主控系統應用FCS的研究和工程示范。2009年和2010年華能金陵電廠2×1030MW超超臨界機組分別通過168h試運行，主控系統和輔控系統的FCS成功投運。

   2. 項目目標與原則

     目標：研究和驗證600M～1000MW機組主控系統應用現場總線技術的安全性、經濟性，總結和掌握大型機組主控系統FCS的設計、選型、組態、安裝和調試投運的關鍵技術，為在火電廠推廣應用FCS積累經驗。
原則：兼顧技術創新與工程風險二者的矛盾和效益，盡可能發揮FCS的本質優越性，同時做到工程的務期必成。

    3.項目實施與應用情況詳細介紹

    3.1 項目規劃

    該項目由華能股份公司及華能金陵電廠作為業主，西安熱工院作為技術支持和總體設計方，華東電力設計院作為初步和施工設計方，聯合開展項目的技術、工程、調度攻關。

     3.2 項目實施

    (1) 現場總線技術應用范圍的規劃

     按照“兼顧技術創新與工程風險二者的矛盾和效益”原則，確定各系統采用現場總線網絡和設備的范圍，如對鍋爐、汽機安全運行有重大影響系統等采用常規DCS。選取25個復雜工藝子系統設計現場總線設備。

    (2) 現場總線控制系統選型與網段設計

     對國外多種品牌具有現場總線技術的DCS進行調研、論證，通過招標確定選用融合了Profibus標準和技術的DCS。研究和確定現場總線網段和設備設計原則，如按工藝系統區域自治原則、通信周期滿足控制實時性原則、主站和網絡冗余原則、網段風險控制原則等。完成了控制站、網段設計和設備分配設計。

     (3) 現場總線設備兼容性測試

     對備選的現場總線設備進行嚴格的互聯、互操測試，通過測試的設備才獲得投標資格。設備供貨的型號、固件版本均應符合通過測試的樣品。這樣大大降低了工程風險，工程中沒有出現通信不兼容的現象。

   (4) 系統設計和應用軟件開發

    單元機組和公用系統包括25對控制器，其中21對控制器設計36個冗余Profibus-DP、11個非冗余Profibus-DP、83個Profibus-PA子網段，其中Profibus-DP連接358個現場總線設備、Profibus-PA連接629個現場總線設備，涵蓋了25個復雜工藝系統，采用了13種類型的現場總線設備，包括壓力、差壓、液位、流量變送器等儀表，控制對象有電機、
電動執行機構和氣動閥門等, 基本包括了過程控制系統和順序控制系統中所有典型設備。

       西安熱工研究院除了設計常規的控制邏輯和算法外，還針對現場總線設備的特點和FCS功能，開發了狀態、診斷信息集成，操作指導等應用功能，發揮FCS的獨特的優越性。下圖為電動門、電機、變送器的信息窗口：   

                      
                                              (a) 電動門信息窗口  

                 
                                        (b) 電動機信息窗口  
 
                
                                      (c) 變送器信息窗口

    (5) 安裝、調試和投運

    在華能金陵電廠精心組織下，各技術支持和設計單位、電建公司通力合作，嚴格按Profibus規程進行安裝，設備通信和單體調試順利，滿足設備、系統功能及工期要求。2009年12月#1機組通過了168h試運行，2010年12月#2機組通過了168h試運行。主控和輔控系統FCS也全部成功投運，安全可靠。

    3.3 項目創新

     (1) 國內1000MW等級火電機組首次在主控系統的工程應用示范；

     (2) 首次確定大型火電機組現場總線應用于主控系統的范圍；

     (3) 現場總線網段設計及拓撲結構設計；

    (4) 實現了火電廠所有類型儀表及被控設備在總線系統中的備互聯、互操；

    (5) 現場總線就地設備的調試及現場總線信息的綜合應用。研發了實用的現場設備狀態維護管理軟件，實現現場設備可預見性維護；

    (6) 證明了大型火電機組主控系統應用FCS是安全、可行的，而且能夠節省投資、保證或縮短建設工期。

    3.4 獲中國電力科學技術獎

    本項目已經獲得2010年度中國電力科學技術獎二等獎。

    4 效益分析

     由于采用了現場總線技術，單臺機組的DCS系統常規IO點減少約3500點，機柜數量減少了約12個，電子設備間面積也因此減小，單臺機組節省的熱控常規電纜約300km，從而間接帶來電纜橋架使用量減少、控制系統接線調試工作量下降；初步統計，就設備的安裝及調試來說，除去項目開始總線調試階段，總線設備的調試速度大大加快，就地現場總線設備的單體調試節省了1/3的工作量。雖然FCS增加了通信組件、通信電纜，而且現場總線設備價格高于同類常規設備，但綜合比較FCS與常規DCS的投資，FCS節省費用1320萬元，增加費用1020萬元，因而總費用FCS比常規DCS節省300萬元。FCS節省調試工作量、縮短建設工期的效益尚未計算在內。

    5 工程現場照片