58以现场总线控制系统为基础的火电厂全程自动化和信息共享

发布时间：2016-11-08 12:57

本文关键词：以现场总线控制系统为基础的火电厂全程自动化和信息共享，由笔耕文化传播整理发布。

■Ｉ卫＿■■—＿；■■■１“一ｕ”；－■雕曩啊旧Ｅ屈Ｅｊ；簟３７●簟１＿；中国电力；Ｅｌ；翻拼年１月；ｖｄ．３７，Ｎｏ．１；Ｊ帅．．２００４；摘要：阐述火电厂生产全过程自动化在现代化生产中的；系统的实现方案，并对实现方案的选择进行论证；关键词：现场总线控制系统；火电』自动化；上位监控；文献标识码：Ａ；文章编号：１００４—９６４９（２００４）０ｌ一０；现场总线

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中国电力

Ｅｌ。ＥＣＴＲＩＣＰＯＷＦＲ

翻拼年１月

ｖｄ．３７，Ｎｏ．１

Ｊ帅．．２００４

摘要：阐述火电厂生产全过程自动化在现代化生产中的重要意义及现场总线控制系统（ＦＣＳ）在火电厂垒过程自动化的宴现中的重要意义．给出以ＦｃＳ为基础的全程自动化的网络结构并对各部分功能和作用进行阐述和说明；给出实现火电厂全程自动化的关键环节——以ＦＣＳ为基础的过程级内部及其与管理级的通信子

系统的实现方案，并对实现方案的选择进行论证。

关键词：现场总线控制系统；火电』自动化；上位监控系统；网络通信；系统结构中国分类号：ＴＰ３１９：ＴＫ３２３

文献标识码：Ａ

文章编号：１００４—９６４９（２００４）０ｌ一００６６一０４

１

现场总线技术为火电厂全程自动化的实

现１乍好了最后准备

２１世纪，计算机、信息技术及计算机网络技术得

号“信息孤岛”，为伦、Ｉｋ牛产全过程自动化的实现作好ｒ最后的准备。

ＦＣＳ全数字化通信的实现使其相时于传统ＤＣＳ的优势明显体王见出米，处于控制系统最底层的现场智能设备与上层过程级设备的信息交换量大大增加，它不但可如Ｄｃｓ那样向ｒ层网络传递过程量信息，而且口Ｊ完成Ｄｃｓ所小能实现的现场级的多个运行时参数值、多个设备状态、故障信息的传送．它们为过程层监控、过程层事敞追忆、管理层的协凋控制、资源恺比都提供了非常有价值的数据信息。因此，以Ｆｃｓ为基础的牛产网络化结构的实现刘于企业生产过程综合自动化的实现有重要意义。

到飞速发展，电力企业采用计算机、自动化、通信等技术实现整个过程的综合自动化，以改善牛产加工、管理决策等。要实现整个生产过程的信息集成、实施综合自动化，就必须有一种能在工业现场环境运行、｜生能日Ｊ靠、造价低廉的通信手¨控制系统，以实现现场自动化设备之间及现场控制级与其上层网络之间的数据交换和信息共享．现场总线控制系统（Ｆｃｓ）就是在这种背景下产生的。

传输信号数字化是实现数字化通信的摹础。ＦＣＳ打破了传统分散控制系统（ＤＣＳ）的位于最底层的现场级的结构形式。传统ＤＣＳ在现场级采用?对一的设备连接，按控制叫路分别进行连接．位于现场的测量变送器与位十控制室的控制器之问，控制器与佗丁现场的执行嚣、开关之问均为一对一的物理连接，在?条线缆上只能进行单向的模拟信号传输。Ｆｃｓ采用智能现场设备，能把原米ＤＣｓ底层的现场级模块置人现场智能设备中。同时，现场智能设备具备ｒ完令的数字通信能力，现场的测量变送仪表之间及现场仪表和过程级｝１算机之间ｎｒ直接传递数字信息；Ｆｃｓ采用数字信号代替模拟信号传输，因而可在一对线缆ｒ传输多个数字量，实现ｒ彻底的分散控制和完全的现场级全数宁化通信，最终打破了遗留在传统ＤＣＳ中的最后一个位于现场级的模拟信

收稿日期：２００３—０８—１ｌ；修回日期：２００３—１Ｉ—１０作者简介：梁

２以ＦＣＳ为基础的生产全过程自动化的网

络结构

实现控制系统的全过程自动化和信息共享对于现代化的生产过程有十分现实的意义．层次忡是现代化过程控制模式的典型标志。图ｌ是以ＦＣｓ为基础的火电厂全程自动化网络结构。图ｌ巾ＤＣＳ的现场层小再是传统意义上的山模拟仪表构建的体系，而足与ＦＣＳ同样采用具有完备的数字化通信功能的智能ｌ殳备来构建的现场级通信和控制刚络，从另一个角度实现了传统Ｉ）Ｃｓ所不能实现的牛产全程自动化。

现场控制层是工厂信息刚络集成系统的底层，是食业生产网络的最基层。

过程监控层将来自现场一线的信息送往控制

庚（１９７６－），男，河北保定人，博士研究生．从事现场总线控制系统研制与开发。Ｅ?Ⅱ１ａｉｌ：ｌ，ａ“ｇｅ“９１９７６＠１６３．ｃｏｍ

万方数据　

调度与决策级以＾网

分散控制系统ｆＤｃｓ）

图１以ＦＣＳ为基础的火电厂全程自动化的网络结构

室，置人实时数据库，进行高等控制和优化计箅、集巾显示。存过程层内部，负担现场监控的主机之外的其他”算机可作为主机的辅助设备协助｝机Ｊ二作。如在对某个规模较大的系统或对象进行控制时，往往需要在上位显Ⅲ和揲作的现场参数多达儿千个，如此之多的数据均由负责现场监控的主机来承担其显示和操作，则会大大加重主机负担；而如由几台计算机辅助土机来完成这些显示、存储、报表输山等辅助性工作，只将芙键件的操作如现场数据的采集、控制秤序的执行、控制参数的下载等留给主机，则可大大提高系统的效率和可靠｜生，使监控系统的运转更加流畅。过程层通常由传输速度较快的以太心段构成。

生产管理层口Ｊ将处于几个不同网段的过程监控层信息扩总并置人管理信息库，为生产的决策和调度提供服务；同时还可对过程监控层发送指导性信息或命令数据等，间接地对现场缴的运行发生作用。在某些情况下，牛产管理层计算机还可充当过程级控制主机的辅机．实现过程级内非控制主机的辅助性功能。

３过程级内部及其与管理层的通信实现

２种实现方案的提出

从网络连接关系上分析．过程级内计箅机间和管理级计算机处于同网络层次上。因此，过程级内计箅机问的通信和过程级计算机与管理级计算机间的通信本质是相ｌ司的，都要很好地解决过程级柠制主机与级内其他辅助计算机及管理级计算机的数据

交换问题。这一数据交换和信息共享的实现方式有力案ｌ：采用独立编程方式实现。这种方法是在万　

方数据ｗｊｎｓｃ，ｃｋ寅现应用程序软件Ｉ旬下的连接。在ｖＢｔｐ通过ｗｉｎＳｏ（－ｋ控件为程序接口；在ＶＣ＋＋中即可通过ＡｃＩｉｖｅｘ插什中的ｗｉｎＳｏｃｋ实现，又日ｎ百过ｃｓｏｃｋｅｔ类实现；而在通信程序与ｒ位监控系统实时数据库的连接ｒ使用动态链接库（ＤＬＬ）方式或动态数据交换（ＤＤＥ）方式。在硬件上使用以太网卡和刚线进行计算机问的连接。通信结构如图２所示。在对ＦＣｓ系统进行丌发和应用研究时，为满世某些特殊要求（如对实时数据采集和存储的时间间隔控制、数

据报表格式的生成控制、数据库数据访问的安全性检验等）宜采用这种独立编程的方式。用独立编程法实现通信，在方式上非常灵活．程序的ｎＪ＿移植件好、通用性强。但由于需要自编稃，故开发Ｔ作量较大，通信程序在上位监控系统运行时独市运行，在协调性上有欠缺。

图２过程级内部及与管理级通信的独立编程实现

力案２：由Ｉ‘位监择系统网络功能实现。ｒ位监控系统是ＦＣＳ的重要组成部分，在网络层次结构ｒ处于现场级上层的过程级。｝Ｃｓｒ位监挖系统连接现场层和管理层，对于数字信息从下向上的伞过稗传递起着不可或缺的桥梁作用，从生产全过程的信息共事上．它不但是现场层和管理层数据变换的中转站，而且担负着现场层实时数据的采集和转储及管理层指令信息的ｒ传。鉴于其重要性。通常上位监控系统部具有较强的网络功能。由此，采用上位监控系统的网络功能．实现从现场层到过程层以及过程层内部、过程层和管理层的数据交换和信息共享是个好的选择。

在开发ＦＣＳ通信子系统时，对?般性功能要

３．１

２种方案可供选择。

ｊ二｜＝程级控制主机和其他计算机内通过使用与上位监控系统无关的软件平台编程实现通信连接。使用当今较流行的编程软件甲Ｉ台如ＶＢ、ｖｃ＋＋编程实现数据通信。借助ｗｉｎｄｎｗｓ操作系统所支持的ＴｃＰ仃Ｐ或【Ｐｘ／ｓＰｘ协议及操作系统与应用程序问的通信接口

求，宜采用Ｆ、ＣＳ上值监控系统的网络功能来实现。下面以基金会现场总线ｓｍａｒｓｖｓｔｅｍ３０２ＦＣＳ的上忙监控系统ＡＩＭＡｘ４．２为例阐述这种数据交换和信息共享的实现方式。

ＡＩＭＡＸ系统具有较强的网络通信功能。实现ＡＩＭＡｘ系统间的通信，必先建讧ＡＩＭＡｘ删络。ＡＩＭＡｘ网络的物理层和数据链路层均为以太网标准．数据传输介质和通信网卡无特殊要求（５类舣绞

线、１０ＢＡｓＥ—Ｔ或１００ＢＡｓＥ—Ｔ阔卡）；在传输层和刚络层采用ｗｉｎｃｉｔＭ支持的ＴｃＰ／ＩＰ西议；传输层以上

的会话层、表示层和应用层则是厂家针对某一种系统按国际标准自行开发的。

在传输层以ｒ，ＡｌＭＡｘ采ｔ叶｜“刚络节点”标识计算机内的ＡＩＭＡｘ系统应用进程（与ＩＰ层的ＩＰ节点地址是有区别的）；通过ＩＰ层的网络地址来标识网络上安装有ＡＩＭＡｘ系统的ｊｆ算机。管理层主机或过程层内运行ＡＩＭＡｘ的节点辅机可通过网络访问过程层控制主机上的ＡＩＭＡｘ实时数据库。ＡＩＭＡｘ网络Ｉ，的节点机在向刘方的ＡＩＭＡｘ数据库内写入或修改数据时则需ＡｌＭＡｘ

ｌ。ＡＮ

Ｉ）＾ｖｅｒ的支持。

使用ＡＩＭＡｘ网络需做如下设置：（１）ＴＣＭＰ设

置。需在ＡＩＭＡｘ网络节点机卜安装ＴｃＰ，ＩＰ驱动程序，正确雌置本机ＩＰ地址和子网掩码。（２）ＡＩＭＡｘ网络节点配置。ＡＩＭＡＸ网络上最多可有２５５个节点。廿点配置借助ＤｃＭ完成。在网络节点机卜需配置本地节点（１～５个宁符）和远程节点（１～５个宁符）。木地节点只有１个，远程节点可有２５４个。（３）时数据点加入本地ＡＩＭＡｘ数据库巾。点参数格式为：｛节点名１％｛数据点名Ｊ［：｛参数名）］，如：单点：

ａＩ—ａｍｏｕｎｔ。确保以卜设置诈确，启动ＡＩＭＡｘ系

间的数据交换和信息共享。

应用这种方法实现层间和层内的计算机通信从Ｊ开发通信程序，，数据传开发转换程序，系统运行的整体性好。但ＡＩＭＡｘ｝ｉ司源；由于对远程ＡＩＭＡｘ网络节点机卜数据库进行ＬＡＮＤｒｉｖｅｒ．且ＡＩＭＡｘ网络的运行需多个ＡＩＭＡｘ系统内的驱动程序，使系统的可移植十牛受到限制，灵活性下降。

２种实现方案的应用

将开发设计好的Ｆｃｓ控制系统住现场投运，其

６８

万　

方数据（１）单采用力案１，当现场层规模小，所要｛审制的过程【旦ｌ路不多时，通常由ｌ～４个ＦＣＳ的现场层网段就可形成完整的底层控制网络，应用１台ｒ位监控士机（网关机）即可实现现场层与过程层的连接。过程层主机主要用于完成对现场层的监控任务，亦可负担与管理层丰机通信和数据交换的任务；过程层设立辅机，主要完成一些辅助Ｉ生工作，如现场层数据的显示、打印及报表生成、数据的存储和转发等，同时还ａ』作为管理层丰机获取现场层数据的信息源，以减轻土机负荷，提高主机的工作效率和可靠性。这种系统的网络结构如阿３ａ所示。在这种情况下，宜采用独立编程的方式实现过程级山部及其与管理层的通信币¨数据交换，这种解决方案ｎＴ做到嘲络层次鲜明，网络计算机的功能主次分明、分丁明确，可有效减小整个系统的故障率。

（２）单一采用方案２。当现场层规模大，所要控制的过程回路较多时．通常要由多个ＦＣＳ的现场层网段才能形成完整的底层控制网络，此时应用多台Ｉ位监控士机实现现场层与过程层的连接。过程层主机主要用于完成对现场层的监控任务，同叫还负担与管理层主机通信和数据交换，现场层数据的显示、打印及报表生成、数据的存储和转发等多项工作，同日Ｊ还要作为管理层主机获取现场层数据的信息源；这种系统的网络结构如图３ｂ所示。存这种情况下，如对通信ｒ系统功能无特殊要求，’目采用上位监控系统的网络功能实现过程缴内部及其与管理层的通信和数据交换．这种解决方案可充分利用系统资源，过程层主机及与管理层主机间的协调性好，大系统整体效率较高。但这种方案的明显币足是系统的灵活性较差，很难满足某Ⅱｂ特殊Ｉ生功

能要求。

（３）方案ｌ和方案２的结合运用。当现场崖规模大，所要控制的过程回路较多时，将方窠１、２结合起来运用，可做到２种方案的优势互补．从一般性和特交换实现的最佳选择。这种系统的网络结构如图３ｔ所示。

具体采用哪种通信方案，哪种方案更适合于控火电厂全程自动化的实现对提高电力生产效益将远程ＡＩＭＡＸ节点机上的ＡＩＭＡＸ数据库内的实ｎｏｄｅ２％ｍ０２一ＡＩ．ＯｕＴ；多参数点：ｎｏｄｅ２％ｂａｌｌＩＩｌｉＵ：

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统，即可实现山ＡＩＭＡｘ网络功能完成的大系统层廊用角度简捷明了，无需专ｒ输的可靠｜生高，加之ＡＩＭＡｘ系统配置的数据库转换工具，可离线将数据写入管理层数据库．无需另外络要求所有网络节点计算机都要安装ＡＩＭＡｘ系统。这无疑在系统运行阶段要占用较多的计算机资写入操作需另外安装ＡＩＭＡｘ３．２

殊性２个方面郁可满足要求，是大系统通信和数据制和管理，还戛考虑现场的运行效果和生产实际等诸多因素，在将多个方案进行比较和综合后央定通信于系统的最终实现方式。

４结束语

具有巨大的推动作川。当前面临的是一个刚络信息化的时代，现场总线技术和Ｆｃｓ的崛起及迅速发展为火电厂全程自动化的实现和信息共掌作好了最后

层间通信ｒ系统可有如下３种选择：

管理层过程层

准备，而其最终实现和现场投运则足系统组态技术、网络通信技术和程序设计结合运用的成果．姒Ｆｃｓ为幕础的过程级内部及其与管理级的通信＿ｒ系统的实现方案及其选择是通信于系统设计和实现时需切实考虑的２个重要问题，合理解决好这些问题对于设计出ａＪ行而高效的全程自动化通信系统尤为重

ａ小规模现场控制层

要，

参考文献

１１胡遭冗信息网络系统集成技术［Ｍ］北京：清华大学出版社，

ｈ中等规模现场控制层

１９９６

２］明道元计算机局域网『Ｍ１．北京：清华大学出皈社，１９９６

ｉ士程层）机

３。瞿坦数据通信段网络基础：Ｍ］武汉：华中埋丁大学出版社，

１９９６

４］白焰，吴鸿，杨曰阳分散栉制系统和现场总线控制系统

ｃ大型现场控制层

［Ｍ北京：中国电力出咂社，２００ｌ

（责任编辑；玲）

图３由现场层规模决定的３种大系统的网络结构

Ｆｌｌｌｌ—ｐｒｏｃｅｓｓａｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄｊＩｌＩ．０ｒｍａｔｉｏｎｓｈａｒｉｎｇ

ｏｆｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｂａｓｅｄｏｎｎｅｌｄｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔ哪（ＦＣＳ）

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漠嵩荣豢“高分孚耩辫应扇镀、采，刨一流龟广生产效益”

接采讲诗会雀韶美成功簟箭

《中目电力》禁志｝【与投向乐察（中国）市场部十２００３午

９月２４—２６日在广４、韶关成功举办丁“高分子材料盥片ｊ技术，刨一流电厂生产教益”的技术研Ｌｔ会。此移（会议共邀请到了幸围近４０家重要电厂客户及行业专札媒体前束参加。

会议主要引埘加强±田发Ｉ乜厂设备的维护恃理问题．着重于Ｉ｝广了乐泰高分于材料在发电厂唐煤机ｒ的成功应用实例。通过该应用“Ｊ达

到降噪、延长衬板寿命的教粜．提高电厂｜殳旨运行可靠性，降低设备维护成本，提两生产效薷，

会议还邀请々会人晁走访了』、ｂ片ｊ现场实嚣．井听取了乐泰。挂术人员受

害户的现场工程实解，盘流和分享了各自的应用经验，总结ｒ行、№技术特点和应用前景。通过该会议，提高ｒ疆高乐泰。专业＿Ｅ程胶釉剂供Ｊｔ；ｆ商的巾场形象厦客户对乐泰品牌的信任感，同时

也扩展乐泰。在工业维修市场的影响。

万方数据　

以现场总线控制系统为基础的火电厂全程自动化和信息共享

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

梁庚，白焰，李文

华北电力大学,自动化系,北京,102206中国电力

ELECTRIC POWER2004，37(1)12次

参考文献(4条)

1.胡道元信息网络系统集成技术 19962.胡道元计算机局域网 19963.瞿坦数据通信及网络基础 1996

4.白焰.吴鸿.杨国田分散控制系统和现场总线控制系统 2001

相似文献(10条)

1.会议论文周明火电厂自动化与现场总线控制系统 2003

本文概述了现场总线控制系统(FCS)的技术、经济优势及FCS在火电厂开发、应用中存在的问题,并介绍了研究、开发FCS的路径.

2.会议论文颜渝坪.周明 FCS—火电厂自动化的机遇和挑战 2002

本文回顾了最近20年来,以微机为核心的自控装置和系统在火电厂的应用和发展,对当前自控领域前沿的现场总线控制系统(FCS)作了概括性的介绍,并描述了它在国际和国内的应用和发展.文中论述了FCS在技术和经济方面的优越性,以及在火电厂应用的必然性和目前面临的问题.对PLC、DCS和FCS在火电厂自动化领域的应用前景,提出一些看法和建议,供同行和有关决策层参考.

3.会议论文侯子良新时期火电厂自动化的目标 2005

本文根据对当前火电厂自动化发展情况的分析，提出新时期火电厂自动化的目标应当是“建设数字化电厂，深化信息化技术应用”。具体来说，十一五期间应当完成下列任务：迎接SIS建设高潮，促进SIS应用技术走向成熟：继续发展DCS，要特别扭转重硬件、轻软件的局面，精心组态，积极开发和推进优化软件应用：积极稳妥推广应用现场总线系统，解决现场监控设备的现代化管理问题，建成真正意义上的数字化电厂。

4.期刊论文白焰.BAI Yan 中国火电厂自动化的回顾与展望 -沈阳工程学院学报（自然科学版）2005,1(1)

在简要回顾我国火电厂自动化发展历程的基础上,提出了目前我们所面临的主要问题,以及今后的主要发展方向.

5.期刊论文侯子良.Hou Ziliang 中国火电厂自动化发展趋势及对策 -中国电力1999,32(10)

在研究国外自动化技术发展及其在火电厂工程中应用经验的基础上,从工程观点出发,对未来21世纪最初10年火电厂自动化化技术应用的发展趋势、管理体制的改革,以及发展我国民族自动化工业等提出了看法.

6.期刊论文甘永华.徐忠火电厂自动化与现场总线控制系统 -北京电力高等专科学校学报(自然科学版)2010,27(3)

随着流程工业的经济总量在迅速增长,对流程工业的需求迅速增长.自动化仪表和系统逐步走向数字化、智能化、网络化、集成化.本文着重阐述了大型火电厂DCS系统应用及相关的技术和理念.

7.期刊论文郑慧莉.ZHENG Hui-li 大型火电厂自动化设计的若干问题 -电力系统自动化2005,29(24)

继2000年燃煤示范电站之后,一大批高参数、大容量的火电机组正在建设中,大型火电厂自动化设计又出现了一些新的技术和问题.文中针对现阶段大型火电厂自动化设计的热点问题,包括"多机一控"控制方式、机组自启停功能、闭环优化控制软件、现场总线控制系统、空冷控制系统、脱硫控制系统、脱硝控制系统等方面进行了讨论,并给出了建议.

8.期刊论文章水秀现场总线控制系统的应用分析 -江西电力职业技术学院学报2004,17(4)

介绍现场总线控制系统基本概念、特点、结构分类及其在火电厂中的应用,论述现场总线控制系统在火电厂中应用的必然性和目前存在的问题,并对现场总线控制系统在火电厂自动化领域的应用前景提出看法.

9.期刊论文颜渝坪现场总线控制系统-火电厂现代化控制、管理和决策的基石 -中国电力2003,36(3)

简述近20年来以微机为核心的可编程控制器、分散控制系统在火电厂的应用和发展,介绍现场总线控制系统基本概念及其在国内外的应用和新发展.论述现场总线控制系统在技术、经济方面的优越性及在火电厂应用的必然性和目前面临的问题.对可编程控制器、分散控制系统、现场总线控制系统在火电厂自动化领域的应用前景提出看法和建议.

10.期刊论文沈军.杭卫华.梁晓丛现场总线技术在火力发电厂的应用 -电力信息化2008,6(6)

叙述了现场总线控制系统的结构特点和优势,提出了将现场总线技术应用于全厂辅助公用系统监控网络、智能化现场设备以及智能化设备状态检修管理方面的思路.同时阐述了大型火力发电机组应用现场总线控制系统可能存在的问题及应对策略.建议在化水车间.循环水系统、除灰系统等相对独立的工艺流程及智能设备管理中率先应用现场总线技术.现场总线控制系统适应了过程工业控制向智能化、数字化.网络化和分散化发展的方向,随着现场总线技术的不断深化和发展,现场总线控制系统在火电厂自动化领域的应用也必将更加深入和广泛.

引证文献(12条)

1.邓慧.张明.吴永存.范立.张菊军大型火电厂现场总线网络设计[期刊论文]-中国电力 2009(3)2.邓欣伟.徐皓企业集散控制系统总线型控制器的设计[期刊论文]-微计算机信息 2008(29)

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