一、前言
　　
　　目前，現場總線技術已被廣泛認識，并逐步應用于實際工程中。十多年來，在國內火力發電廠（以下簡稱火電廠）的熱工自動化領域，DCS控制系統的成功應用已得到了普及。如何在現有控制水平的基礎上，將現場總線技術應用于火電廠的熱工自動化控制系統中，需要對火電廠的多種因素進行綜合分析，選擇能充分發揮FCS優勢的監控項目，采用FCS現場設備，以節省的布線方式，*的數字化通信，完成對生產過程的監視和控制功能。作者試結合火電廠熱工自動化技術的發展，提出將現場總線技術或FCS設備應用于建立全廠輔助公用系統監控網絡，單位項目的監控以及設備狀態檢修系統的設計思路。
　　
　　二、現場總線控制系統（FCS）在火力發電廠的應用
　　
　　如何在火電廠成功地應用現場總線技術，設計的合理性、優化性將是成功應用的關鍵。要實現成功的設計，就要明確現場總線技術在火電廠的應用功能和應用原則，進而在實際工程項目中，選擇合理的應用范圍。
　　
　　（一）FCS在火力發電廠的應用功能
　　
　　1．FCS的技術特點和優勢
　　
　　（1）FCS的技術特點。概括起來，FCS的技術特點主要表現在兩個方面，其一是總線通信網絡方面，FCS總線通信具有開放性，它可將滿足已規定通信協議的不同廠商的產品進行通信互聯，實現信息共享。FCS總線區別于其他網絡的主要特點是，FCS總線應用于工業現場級，它的通信功能不僅僅是傳遞信息，而且承擔了完成各種工業自動化任務。FCS總線的第二個特點是現場級設備智能化，通過設置不同的功能塊軟件，這些軟件不僅具有測量、控制運算等自動控制基本功能，并且具有設備自診斷功能。FCS現場設備抗*力強，滿足本質安全防爆要求，并可通過傳輸線路為FCS現場設備提供電源。
　　
　　（2）FCS的優勢。FCS的優勢可以簡化地概括為四個方面。*，全開放式通信網絡。由于FCS規約了網絡的通信協議，對不同的供貨商的控制產品，可實現通信互聯，為實現現代電廠工廠級自動化系統提供了必要的條件。第二，提高了系統的準確性和可靠性，采用智能化的FCS現場級設備，數字通信方式，減少了信號傳輸誤差。第三，節省了系統布線，采用通信技術，用一條電纜連接FCS現場設備，節約了布線設備及安裝。第四，實現了現場級設備的自動控制，現場級智能化設備不僅具有信號測量與隔離、信號整理及控制運算等功能，還具有設備自診斷及簡單故障處理的維護功能，簡化了系統，提高了自動化控制水平。
　　
　　2．FCS在火電廠的應用功能
　　
　　結合FCS的技術特點和優勢，可以將FCS在火電廠的應用功能，初步歸納為以下幾個方面：
　　
　　（1）增強了通信功能。采用FCS通信技術，實現火電廠中不同控制系統之間的通信互聯。
　　
　　（2）提高了現場級控制水平。對控制對象相對獨立，特別是對于在控制方式上具有共性的控制對象，采用FCS智能化現場設備，實現現場級自動控制。
　　
　　（3）節省投資。較大量地節省布線及相關安裝的投資費用。分散了控制功能，減少了集中控制的硬件設備和負擔。
　　
　　（4）提高了系統組態的靈活性。當過程控制需要增加或減少現場設備時，不必修改現場的接線．只需增加或減少FCS現場設備和通信接口。
　　
　　（5）提供了設備維護功能。FCS所具有的設備自診斷等維護功能，為設備的管理系統提供了設備的基礎信息。
　　
　　（二）FCS在火力發電廠的設計原則
　　
　　設計的原則應該是在安全可靠的基礎下，充分發揮FCS的功能優勢，以達到提高控制水平的目的。
　　
　　1．滿足生產過程監控的要求
　　
　　根據生產過程的監視和控制的要求，確定FCS控制方案。這種要求主要體現在對實時性的要求，特別是對待火電廠中復雜的調節或監控方案，更要進行充分的預設計，進而確定控制方案。
　　
　　2．FCS的設備選擇
　　
　　根據已確定的控制方案和通信模式，包括通信速率、通信距離及通信協議，選擇能滿足控制要求和通信模式的FCS設備。根據設計方案中的供電方式，選擇FCS設備的總線供電方式，或者外供電方式。根據FCS布置環境，確定是否采用本安防爆型FCS設備。還需三點強調的選擇原則是，被選擇的FCS設備必須是被授予過現場總線標志的產品，確保通信的一致性與開放性。
　　
　　3．突出FCS的優勢
　　
　　采用FCS的設計方案，應能充分體現出FCS的優勢，使FCS的應用具有實際提高控制水平的意義。
　　
　　（三）FCS在火力發電廠的應用范圍
　　
　　FCS在火電廠的應用范圍，可以從構成全電廠的工廠級自動化系統的整體來綜合考慮。面對火電廠多項實時性要求高、系統復雜的過程監視和控制任務，采取DCS與FCS共存，發揮兩者各自的優勢，乃是一種現階段可選的方案。基于這種思路，初步提出以下FCS的應用范圍。
　　
　　智能化的FCS現場級設備，數字通信方式，減少了信號傳輸誤差。第三，節省了系統布線，采用通信技術，用一條電纜連接FCS現場設備，節約了布線設備及安裝。第四，實現了現場級設備的自動控制，現場級智能化設備不僅具有信號測量與隔離、信號整理及控制運算等功能，還具有設備自診斷及簡單故障處理的維護功能，簡化了系統，提高了自動化控制水平。
　　
　　2．FCS在火電廠的應用功能
　　
　　結合FCS的技術特點和優勢，可以將FCS在火電廠的應用功能，初步歸納為以下幾個方面：
　　
　　（1）增強了通信功能。采用FCS通信技術，實現火電廠中不同控制系統之間的通信互聯。
　　
　　（2）提高了現場級控制水平。對控制對象相對獨立，特別是對于在控制方式上具有共性的控制對象，采用FCS智能化現場設備，實現現場級自動控制。
　　
　　（3）節省投資。較大量地節省布線及相關安裝的投資費用。分散了控制功能，減少了集中控制的硬件設備和負擔。
　　
　　（4）提高了系統組態的靈活性。當過程控制需要增加或減少現場設備時，不必修改現場的接線．只需增加或減少FCS現場設備和通信接口。
　　
　　（5）提供了設備維護功能。FCS所具有的設備自診斷等維護功能，為設備的管理系統提供了設備的基礎信息。
　　
　　（二）FCS在火力發電廠的設計原則
　　
　　設計的原則應該是在安全可靠的基礎下，充分發揮FCS的功能優勢，以達到提高控制水平的目的。
　　
　　1．滿足生產過程監控的要求
　　
　　根據生產過程的監視和控制的要求，確定FCS控制方案。這種要求主要體現在對實時性的要求，特別是對待火電廠中復雜的調節或監控方案，更要進行充分的預設計，進而確定控制方案。
　　
　　2．FCS的設備選擇
　　
　　根據已確定的控制方案和通信模式，包括通信速率、通信距離及通信協議，選擇能滿足控制要求和通信模式的FCS設備。根據設計方案中的供電方式，選擇FCS設備的總線供電方式，或者外供電方式。根據FCS布置環境，確定是否采用本安防爆型FCS設備。還需三點強調的選擇原則是，被選擇的FCS設備必須是被授予過現場總線標志的產品，確保通信的一致性與開放性。
　　
　　3．突出FCS的優勢
　　
　　采用FCS的設計方案，應能充分體現出FCS的優勢，使FCS的應用具有實際提高控制水平的意義。
　　
　　（三）FCS在火力發電廠的應用范圍
　　
　　FCS在火電廠的應用范圍，可以從構成全電廠的工廠級自動化系統的整體來綜合考慮。面對火電廠多項實時性要求高、系統復雜的過程監視和控制任務，采取DCS與FCS共存，發揮兩者各自的優勢，乃是一種現階段可選的方案。基于這種思路，初步提出以下FCS的應用范圍。
　　
　　（1）采用PLC可編程控制器，實現監控的全廠輔助公用系統：選用遵循現場總線通信協議的PLC可編程控制器，對火電廠多個輔助公用系統實現監控，通過現場總線通信技術，建立全廠輔助公用系統PLC網絡，提高電廠的監控和管理水平。
　　
　　（2）地域分散的單沖量調節項目：對地域分散布置的調節閥，或設置有多個具有調節共性的控制對象的區域，或火電廠改造中擬增加的調節項目且DCS已不便修改的項目，可按區域采用FCS設備，實現現場控制。
　　
　　（3）地域分散的獨立電動控制裝置：對分散布置在電廠的電動裝置（電動閥或電動機），或在工程后續階段及電廠改造中擬增加的單位電動裝置。
　　
　　（4）全廠的設備狀態檢修，設備管理系統。
　　
　　（5）電廠改造過程中新增的監控區域。
　　
　　三、采用現場總線控制系統（F（踢）的幾種設計思路
　　
　　目前，在DCS已形成火電廠的主要控制系統的情況下，FCS的應用應考慮到與DCS共存的協調。作者擬從三個方面提出在火電廠采用FCS的設計思路。　　
　　（一）建立全廠輔助公用系統監控網絡：
　　
　　火電廠建設中，相對獨立的輔助公用系統大約有10～15個。近兩年來，新建的大型火電廠在設計階段，大多采用PLC可編程控制器，建立PLC全廠輔助公用系統監控網絡，集中監控點，分散控制，并通過通信接口將信息向上通信至工廠級自動化系統。目前，這種設
　　
　　計方式已被廣泛采納。
　　
　　1．新建電廠輔助公用網絡的建立
　　
　　采用遵循性開放式現場總線通信標準的PLC（例如PROFIBUS現場總線通信標準），設置在電廠的多個輔助公用系統車間，這些輔助公用系統包括有化學車間、工業用水車間、污水處理車間、輸煤車間、除灰車間、除渣車間、除塵車間、空壓機車間、制氫站及根據工業系統的不同而設置的其他輔助公用系統車間。電廠輔助公用系統的監控信號主要是開關量，模擬量調節項目較少，選用PLC可編程控制器，實現系統的監視和控制，往往是一種方案。設計中，依據各輔助公用系統的測控點的量，按系統、按車間分布地域進行小歸類，例如對于化學車間，便可將化水處理、化學加藥、化水的制氫歸為一類，設置為一個PLC控制點。還可將工業水系統、污水處理系統也歸納為一個控制點，或合并至化學車間控制點。具體的分類可按工程的需要來確定。
　　
　　通過建立全廠輔助公用系統PLC網絡，設置車間工作站（主要用于現場調試和維護）和中央監控站。全電廠可以設置2～3個輔助公用系統監控分站，例如，水系統監控站、煤系統監控站和灰系統監控站，還可以在主控制室設中央監控站。根據電廠的管理模式的需要，方便地選擇集中或者分站監控方式。輔助公用系統的信息通過網絡通信至工廠級自動化系統，加強全廠信息的綜合管理，提高控制水平。
　　
　　2．改造電廠輔助公用網絡的建立
　　
　　國內大多數2000年以前建設的火電廠中的輔助公用系統的監控方式，仍然是各車間設模擬表盤，或者雖采用了PLC可編程控制器實現程序控制，但實際上各輔助車間相互獨立，沒有建立網絡。這樣的監控模式，不僅值班點多，而且無法進行信息通信，即使建立了全廠工廠級自動化系統，也無法獲取輔助公用系統的信息，這種模式顯然已不能適應當今信息時代的發展，無論是從電廠的整體管理及有待開發的設備管理系統來考慮，還是按地域劃分的電力公司的管理去思考，改造老電廠輔助公用系統，建立遵循現場總線通信標準的PLC監控網絡，已勢在必行。
　　
　　（二）實現單位項目的監控
　　
　　1．智能化FCS現場設備在火電廠的應用
　　
　　智能化FCS現場設備，包括有智能化的傳感器、執行器及通信接口設備等。根據生產過程控制的需要，通過嵌入在FCS智能化現場設備中的功能塊軟件組態，對需要監控的生產過程對象，實現測量信號處理、開方、加減、PID運算以及超前、延時、函數運算等功能，將控制指令傳至智能化執行器（或調節閥的智能定位器），自動在現場完成對生產過程對象的調節和控制。
　　
　　2．實現生產過程的單位項目的監控
　　
　　正因為FCS現場設備具有智能化功能，在火電廠熱工自動化設計中，可以有選擇地將一些測量點和控制點布置位置相近的單位調節或單位控制項目采用FCS現場設備，實現現場控制。在火電廠的過程控制范圍中，這些單位項目可以有：磨煤機制粉區域的溫度、壓力調節項目，高壓（低壓）加熱器區域的液位、壓力調節項目，遠離電廠主廠房的水泵房區域的調節、監控項目，電廠中需要實施監控的、孤立布置的一些液罐、液池、料位容器、調節閥門以及相對獨立布置的電動閥、電動機裝置。
　　
　　在實際工程中，有些單位項目的監控已經納入DCS控制中，或者采用基地式調節方案，但在新建工程中，仍可進行設計方案比較。例如，目前市場上滿足FCS開放性通信標準的智能變送器與非智能變送器差價不大，許多新建工程采用的變送器已全部智能化。在這種情況下，對確定的單位監控項目，進一步選用嵌有相應功能塊軟件的智能變送器、智能執行器，實現現場調節和監控，用一條電纜實現現場設備連接，不但可節省大量的控制接線，滿足生產過程監控的要求，并且，因為采用了智能變送器和執行器，也為今后進一步在電廠內實現設備狀態檢修和自動設備管理，提供了現場硬件設備基礎。
　　
　　同樣，在老電廠改造項目中，可以在不改變原有DCS控制方式的基礎上，通過增加FCS現場設備，改造監控項目。
　　
　　（三）實現設備狀態檢修系統的應用設想
　　
　　設備狀態檢修系統，目前在我國尚處于開發與試驗階段，作者在本文中提出設備狀態檢修系統，主要是基于兩方面的設想，一方面是生產過程控制中采用的FCS設備本體己具有的設備狀態描述功能和設備故障自診斷功能。另一方面是設想采用FCS設備實現火電廠主要輔機的設備狀態描述和設備故障自診斷功能，相對獨立地建立設備狀態檢修系統。
　　
　　1．FCS設備狀態檢修
　　
　　智能化的FCS設備，通過現場總線傳遞的數字信號，不僅包括反映生產過程參數的測量信息，還包括了多種FCS設備制造商提供的設備原始信息。這些信息可以是：被測量參數的單位、量程上下限、阻尼、儀表位號、zui小量程間隔、設備型號、制造商、設備版本號、設備制造日期、設備材料等，除了這些FCS設備通常具有的共性外，對于一些特定設備，還有一些特定描述。例如，對測溫傳感器，可以包括有熱元件型號、連線方式、允許測量范圍等信息。通過FCS設備傳遞的設備本體信息，電廠設備管理系統可以對FCS設備進行有效的管理。由于目前大多FCS現場設備遵循HART通信協議標準，通過的遵循HART通信協議標準的現場儀表校驗設備，方便地完成設備的定期校驗和記錄。通過總線通信，將信息送至上層設備管理系統，實現科學管理。
　　
　　2．采用FCS設備實現火電廠主要輔機設備的狀態檢修
　　
　　對火電廠的主要輔機設備建立設備狀態檢修系統，是近幾年來人們共同關心的課題。由于是一個新課題，在國內尚屬開發階段。作者認為，在火電廠中，DCS控制系統主要完成電廠中實時性要求高的監控項目，而設備狀態檢修系統采集的信息，有很大一部分是設備的非實時信息，即使是實時變量，設備狀態檢修系統對信息的實時性要求也不高。由于系統需要采集的信息分散在電廠的各輔機現場，布線區域廣，如果將其全部納入DCS系統，顯然是不合適的。如果采用FCS現場設備將主要輔機設備的狀態檢修功能置于現場，作者認為這也是一種可探討的方案，因為FCS總線的優勢之一便是適于地域分散布置的被控對象。一方面，可節省布線；另一方面，可通過FCS總線的設備管理模塊軟件的功能，對采集到的反映設備狀態的溫度、壓力、振動、聲音、應力、強度等參數，結合來自設備制造商提供的反映設備狀態的原始參數和設定時間段記錄的歷史數據，進行現場信息處理、分析和比較，再將分析結果通過總線通信至上層設備管理層，實現主要輔機設備檢修的科學管理。
　　
　　采用FCS設備構成設備狀態檢修系統，具有一定的優勢，這是因為獨立設置的FCS設備，與DCS系統在硬件或軟件方面都有明顯的界限，系統初建投入運行的時間也可以較DCS滯后。這種設計設想，可以用于新建電廠，更有利于老電廠改造，因為系統的建立不會破壞老電廠原有的控制系統。需要注意的是，設備的狀態測點，有一部分已由DCS采集，因此這—部分信息是通過現場采集，還是通過總線通信，取決于設備狀態檢修的軟件分析功能是設置在現場FCS設備中，還是設置在上層網絡系統中，這是一個需要進一步深入研究的問題。如果是在新建電廠，則電廠新建時，應充分考慮設備狀態檢修的測點布置。在廠區采用一條電纜將FCS現場設備連接起來，節省的布線方式，既利于新廠建立系統，更利于在老廠改造中建立系統。
　　
　　四、結語
　　
　　通過分析現場總線控制系統在火電廠的應用功能，結合熱工自動化設計的新技術，提出FCS在火電廠應用的幾種設計思路。隨著FCS的不斷優化和進步，隨著熱工自動化設計技術的提高，FCS在火電廠的應用將更廣泛，以其具有開放性數字通信的特點，為發展火電廠熱工自動化技術發揮作用。