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   1. 项目背景介绍

    建设数字化电厂需要大量的现场实时信息，传统的DCS难以承受“信息爆炸”的重负。现场总线技术不仅能够提供传统I/O数据，而且能够提供设备状态、诊断以及历史统计数据。这些数据借助通信线传送到控制器、数据库，不受电缆和距离的限制。在自动化系统的整个生命周期，现场总线控制系统(FCS)能够节省投资。目前国外新建火电机组多采用现场总线控制系统，如德国德国尼德毫森电厂二期、美国波特兰电厂、意大利灯塔联合循环电厂等。国内电力行业自2000年开始研究现场总线技术，2006年首套FCS在华能玉环电厂辅控系统成功运行，2008年华能国际电力股份有限公司依托西安热工研究院、华东电力设计院启动了在大型火电机组主控系统应用FCS的研究和工程示范。2009年和2010年华能金陵电厂2×1030MW超超临界机组分别通过168h试运行，主控系统和辅控系统的FCS成功投运。

   2. 项目目标与原则

     目标：研究和验证600M～1000MW机组主控系统应用现场总线技术的安全性、经济性，总结和掌握大型机组主控系统FCS的设计、选型、组态、安装和调试投运的关键技术，为在火电厂推广应用FCS积累经验。
原则：兼顾技术创新与工程风险二者的矛盾和效益，尽可能发挥FCS的本质优越性，同时做到工程的务期必成。

    3.项目实施与应用情况详细介绍

    3.1 项目规划

    该项目由华能股份公司及华能金陵电厂作为业主，西安热工院作为技术支持和总体设计方，华东电力设计院作为初步和施工设计方，联合开展项目的技术、工程、调度攻关。

     3.2 项目实施

    (1) 现场总线技术应用范围的规划

     按照“兼顾技术创新与工程风险二者的矛盾和效益”原则，确定各系统采用现场总线网络和设备的范围，如对锅炉、汽机安全运行有重大影响系统等采用常规DCS。选取25个复杂工艺子系统设计现场总线设备。

    (2) 现场总线控制系统选型与网段设计

     对国外多种品牌具有现场总线技术的DCS进行调研、论证，通过招标确定选用融合了Profibus标准和技术的DCS。研究和确定现场总线网段和设备设计原则，如按工艺系统区域自治原则、通信周期满足控制实时性原则、主站和网络冗余原则、网段风险控制原则等。完成了控制站、网段设计和设备分配设计。

     (3) 现场总线设备兼容性测试

     对备选的现场总线设备进行严格的互联、互操测试，通过测试的设备才获得投标资格。设备供货的型号、固件版本均应符合通过测试的样品。这样大大降低了工程风险，工程中没有出现通信不兼容的现象。

   (4) 系统设计和应用软件开发

    单元机组和公用系统包括25对控制器，其中21对控制器设计36个冗余Profibus-DP、11个非冗余Profibus-DP、83个Profibus-PA子网段，其中Profibus-DP连接358个现场总线设备、Profibus-PA连接629个现场总线设备，涵盖了25个复杂工艺系统，采用了13种类型的现场总线设备，包括压力、差压、液位、流量变送器等仪表，控制对象有电机、
电动执行机构和气动阀门等, 基本包括了过程控制系统和顺序控制系统中所有典型设备。

       西安热工研究院除了设计常规的控制逻辑和算法外，还针对现场总线设备的特点和FCS功能，开发了状态、诊断信息集成，操作指导等应用功能，发挥FCS的独特的优越性。下图为电动门、电机、变送器的信息窗口：   

                      
                                              (a) 电动门信息窗口  

                 
                                        (b) 电动机信息窗口  
 
                
                                      (c) 变送器信息窗口

    (5) 安装、调试和投运

    在华能金陵电厂精心组织下，各技术支持和设计单位、电建公司通力合作，严格按Profibus规程进行安装，设备通信和单体调试顺利，满足设备、系统功能及工期要求。2009年12月#1机组通过了168h试运行，2010年12月#2机组通过了168h试运行。主控和辅控系统FCS也全部成功投运，安全可靠。

    3.3 项目创新

     (1) 国内1000MW等级火电机组首次在主控系统的工程应用示范；

     (2) 首次确定大型火电机组现场总线应用于主控系统的范围；

     (3) 现场总线网段设计及拓扑结构设计；

    (4) 实现了火电厂所有类型仪表及被控设备在总线系统中的备互联、互操；

    (5) 现场总线就地设备的调试及现场总线信息的综合应用。研发了实用的现场设备状态维护管理软件，实现现场设备可预见性维护；

    (6) 证明了大型火电机组主控系统应用FCS是安全、可行的，而且能够节省投资、保证或缩短建设工期。

    3.4 获中国电力科学技术奖

    本项目已经获得2010年度中国电力科学技术奖二等奖。

    4 效益分析

     由于采用了现场总线技术，单台机组的DCS系统常规IO点减少约3500点，机柜数量减少了约12个，电子设备间面积也因此减小，单台机组节省的热控常规电缆约300km，从而间接带来电缆桥架使用量减少、控制系统接线调试工作量下降；初步统计，就设备的安装及调试来说，除去项目开始总线调试阶段，总线设备的调试速度大大加快，就地现场总线设备的单体调试节省了1/3的工作量。虽然FCS增加了通信组件、通信电缆，而且现场总线设备价格高于同类常规设备，但综合比较FCS与常规DCS的投资，FCS节省费用1320万元，增加费用1020万元，因而总费用FCS比常规DCS节省300万元。FCS节省调试工作量、缩短建设工期的效益尚未计算在内。

    5 工程现场照片