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。