电气现场总线控制系统(FCS)浅析

0 引言

　　随着我国电力行业的高速发展，DCS的应用也越来越广泛，但DCS主要完成的是汽轮机、锅炉的自动化过程控制，对电气部分的自动化结合较少，DCS一般未充分考虑电气设备的控制特点，所以无论是功能上还是系统结构上，与网络微机监控系统相比在开放性、先进性和经济性等方面都有较大的差距。

1 电气现场总线控制系统的监控对象

电气现场总线控制系统的监控对象主要有:发电机-变压器组，其监控范围主要包括发电机、发电机励磁系统、主变压器、220kV断路器；高压厂用工作及备用电源，其监控范围主要包括高压厂用工作变压器、起动-备用变压器等；主厂房内低压厂用电源，其监控范围主要包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器等主厂房的低压厂用变压器；辅助车间低压厂用电源；动力中心至电动机控制中心电源馈线；单元机组发电机和锅炉DCS控制电动机；保安电源；直流系统；交流不停电电源。

2 电气现场总线控制系统的特点

　　2.1 电气参数变化快 电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开关状态、保护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。

　　2.2 电气设备的智能化程度高 电气系统的发电机-变压器组保护、起动-备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。另外，电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求，电气设备的控制逻辑简单。

　　2.3电气设备的控制频度较低 除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外，在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行用电源切换。且电气设备具有良好的可控性，这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。

　　2.4 电气设备的安装环境较好且布置相对集中 电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备间内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制设备就地布置提供了有利条件。

[$page]　　3 电气现场总线控制系统配置

　　每台机组配置现场总线控制系统(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，将机组电气系统的发电机-变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入FCS，FCS作为DCS的一个子系统，在DCS操作员站实现对电气系统的监控，并通过冗余配置的通信服务器在站控层与DCS进行连接。

　　3.1 网络结构 电气FCS采用分层、分布式计算机控制系统，在系统功能上分层，设备布置上分散。网络结构为3层设备2层网方式，3层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层，2层网指连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。监控主站层由双冗余的系统主机、工程师站、网络交换机和负责与DCS及厂级监控系统(SIS)通信的双冗余通信服务器等组成，通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成，间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6kV开关柜和380V开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表等。通信管理机与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接，与间隔层设备可根据设备情况采用Profibus，LON，CAN，工业以太网或其它现场总线进行连接，其主要功能除完成对各综合智能测控单元的数据进行管理外，还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。公用厂用电系统的站控层以太网独立组网，通过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接，共用单元机组的工程师站，并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。

　　3.2 数据采集 对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器，除少量模拟量信号、高压侧断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-备用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与DCS连接外，其它监测信号均通过专设的测控装置接入FCS，再以通信方式送DCS。电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置(AVR)、同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、直流系统以及交(直)流不停电电源(UPS)系统等均设有通信接口，通过多串口通信服务器接入FCS。

　　电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统，主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其380V配电装置等，辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变压器及其380V配电装置等。为与本工程水、煤、