现场总线技术在火电厂的运用(pdf 6页).pdf

第3 2 卷第5 期 2 0 1 0 年5 月 华电技术 H u a d i a nT e c h n o l o g y V 0 1 3 2N o 5 M a y 2 0 1 0 现场总线技术在火电厂的应用 马玉敏 国核电力规划设计研究院 北京1 0 0 0 9 4 摘要 从数字化电厂和控制系统功能及物理分散2 个方面分别阐述了现场总线技术在火电厂中应用的重要性 分析 了现场总线的技术特点 论述了现场总线技术在国外火电厂应用的成功经验 针对目前国内智能现场设备的现状 提出 了在国内火电厂中应用现场总线技术的设计原则和应用范围 关键词 现场总线技术 总线协议 智能现场设备 中图分类号 T M6 2 1 6文献标志码 B文章编号 1 6 7 4 1 9 5 1 2 0 1 0 0 5 0 0 3 8 0 3 0 引言 发电企业进入信息化时代 对火电厂的数字化 和网络化提出了更高的要求 火电厂数字化的深度 和广度直接影响火电厂信息化的水平 火电厂控制 和管理系统可分为3 级 厂 管理 级S I S S u p e r v i s o r yI n f o r m a t i o nS y s t e m M I S M a n a g e m e n tI n f o r m a t i o n S y s t e m 机组 车间 级D C S D i s t r i b u t e dC o n t r o lS y s t e r n P L C P r o g r a m m a b l eL o g i cS y s t e m 现场设备级 执行机构 现场仪表等 随着火电厂控制系统的 迅速发展 机组 车间 级已经实现了全数字化 厂 管理 级也有了飞速发展 传统的D C S P L C 系 统是模拟量 开关量 数字量混合系统信号制 而且 是单向的 只能从现场设备中采集到用于过程控制 的信息 而诊断和维护信息却无法采集 现场总线 技术突破了传统的 点对点 传输 将丰富的现场状 态信息 诊断信息等送入机组 车间 级控制系统 并实现远程参数的调整和校正 使得现场设备与电 厂控制管理系统之间的数字通讯成为可能 为电厂 信息化建设及全面绩效管理提供了强大的数据基础 平台 使得电厂的数字化管理可以从现场设备级 开始 随着火电厂的不断发展 采取有效的措施大幅 度降低工程造价已成为火电厂设计方案优化中越来 越重要的因素 而对于热控专业人员来说 降低工 程造价的有效措施是控制系统的功能分散和物理分 散 随着D C S 控制器功能越来越强大 传统的D C S 功能分散已不能很好地降低工程造价 于是 控制系 统的物理分散就显得尤为重要 从D C S 的远程控 制站 远程I O 配电柜 电源柜的分散布置到使用 远程智能采集前端 再到取消集控楼进行电子设备 收稿日期 2 0 1 0 一0 1 2 7 间的分散布置 这些措施都能在一定程度上减少安 装材料 电缆和桥架等 的使用 但是 如果不对控 制系统进行革命性变革 单纯通过优化主厂房的布 置来进一步降低安装材料的用量已经非常困难 采 用现场总线技术 将控制功能和 J O 移到现场设备 是从根本上解决这一问题的关键 l 现场总线技术的特点 国际电工委员会I E C l l 5 8 对现场总线的定义 为 安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内 的自动控制装置之间的数字式 串行 多点通信的数 据总线称为现场总线 现场总线的核心是总线协议 是实现开放和互 操作的必要条件 现场总线的基础是智能现场设备 是现场总线的硬件支持 双向数字通讯的基础载体 现场总线的本质是现场设备的数字化 信息化和控 制的分散化 用于火电厂过程控制的现场总线协议有 F F F i e l d b u sF o u n d a t i o n H a r t P r o f i b u s P A P r o f i b u s D P D e v i e e n e t 等 目前 国内外应用现场总线技术的主流D C S 遵 循不同的现场总线协议 如S i e m e n s 西门子 公司 的T X P 一3 0 0 0 S P P A 一1 3 0 0 0 支持P r o f i b u s D P 和 P r o f i b u s P A 现场总线协议 F o x b o r o 公司的I A 系 列支持P r o f i b u s D P P r o f i b u s P A 和F F 现场总线 协议 E m e r s o n 艾默生 公司的O v a t i o n 系统支持 P r o f i b u s D P P r o f i b u s P A F F 和H a r t 现场总线协 议 A B B 公司的S y m p h o n y 系统支持P r o f i b u s D P 和 F F 现场总线协议 不是所有的智能现场设备都支持相同的现场总 线协议 也不是同一智能现场设备支持所有的现场 总线协议 如R o s e m o u n t3 0 5 1 C 3 0 5 1 S M a g n e t r o l E c l i p s e 7 0 5 雷达液位计 E H 的导波雷达液位计 万方数据 第5 期 马玉敏 现场总线技术在火电厂的应用 3 9 L i m i t o r q u e 的阀门执行机构 A u r n a 的阀门执行机 构 F i s h e rD V C 6 0 0 0 D r e s s e rF V P 的阀门定位器 A B BT Z I D 阀门定位器和日本恒河的E J A l 0 0 压力 变送器等支持F F 总线协议 A u m a 的阀门执行机 构 L i m i t o r q u e 的阀门执行机构 西门子的S i m o c o d e M C C s 和阀岛 电磁阀 F E S T O 费斯托德国F e s t o A G 第二 三及第五部分分别讨论了CAN总线的性能特点 技术规范及应用现状 并针对CAN总线协议MAC子层 提出了 改进方法 用于解决实时数据和非实时数据在CAN总线上传输的兼容问题 在第四部分对CAN总线控制器网络中常用的主要器件进行了详细分析 最后 设计 了一个CAN总线技术在工业测控领域的应用实例 3 会议论文 樊启权 浅议现场总线技术在火电厂的应用 2008 现场总线是当今自动化领域的热点之一 由于市场的驱动 世界各大控制系统厂家都相继开发了各自的现场总线产品 现场总线标准比较多 我国也有 自行开发的总线标准和产品 但是国内火力发电厂应用现场总线的还很少 自动控制网络化 是自动控制发展的一个趋势 现场总线控制技术能很符合该趋 势 对现场总线控制技术要加以推广 我国的现场总线技术的研发和应用还很不够 市场驱动的力量还很小 但是 现场总线技术的应用并不是没有风险 我 们应该审慎的推进现场总线技术的研发和应用 4 学位论文 张义 基于DeviceNet总线协议的从站接口设计 2008 DeviceNet现场总线是一种低成本 高效 面向基本工业设备的现场总线技术 它采用了CAN Controller Area Network 控制器局域网 技术 在继承 其优点的同时也具备许多新的特点和优势 国内对于DeviceNet技术的开发研究尚处起步阶段 产品类型相对集中 本论文的研究目的是开发一套具有 DeviceNet协议接口的从站设备 并且为了实现该设备与其他类型的总线进行通信 本文在此基础上利甩Visal C 6 0工具编写了OPC客户端应用程序 使 它能够从不同的硬件厂商提供的OPC数据服务器中取得数据 本文首先介绍了现场总线技术的产生 发展和几种常用现场总线的比较 提出了课题研究的意义 论文简要地介绍了DeviceNet协议规范内容 包括 DeviceNet技术特点 DeviceNet与CAN的关系以及DeviceNet应用层协议功能等 论文详细介绍了DeviceNet从站模块的软硬件设计 本文通过分析主要的 开发平台 提出了本文的总体设计方案 单片机成本低 体积小适合本文的硬件开发 设计了从站模块电路板 通过学习DeviceNet协议 采用单片机C语 言来实现从站接口通信程序和DeviceNet协议栈及应用程序 在文中最后 详细介绍了系统调试过程及结果 DeviceNet从站的软硬件设计完成后 对DeviceNet节点进行了组网调试 测试证明 本文研制的 DeviceNet从站模块满足了既定的技术要求 其通信机制遵循DeviceNet协议规范 能接入DeviceNet网络中 与WoodHead公司的主站卡能进行实时可靠的通 信 本文的工作为DeviceNet产品的开发打下了良好的基础 提供了很好的技术积累 5 学位论文 刘锋 基于ModBus的现场总线控制系统研究与设计 2007 随着微电子技术的出现和发展 现场总线技术日益成为国内外仪表界的关注焦点 ModBtus作为一种有效支持分布式控制和实时控制的现场总线协议 以其稳定性好 可靠性高 抗干扰能力强 通讯速率高 维护成本低及其独特的设计越来越受到人们的重视 并被公认为最有前途的现场总线之一 因此 基于ModBtus协议的现场总线的研究与开发具有非常现实的意义 ModBus协议最早是应用于电子控制器上的一种通用语言 是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络 通过此协议 控制器相互之间 控制器经由网络 例如以太网 和其它设备之间可以通信 而基于该现场总线技术的控制系统 Field control system FCS 最大的优点就是开放性 与传 统控制系统比较 代表着技术发展的潮流 本文在简要分析了国际上最具影响的几种现场总线协议的基础上 对ModBus总线协议和基于该协议的现场总线控制系统进行了研究 设计了FCS 2000现场总线控制系统 同时对设计的系统的可行性在实际中的应用做了说明 主要包括以下几部分 1 研究并阐述了ModBus协议的格式和定义及其体系结构 对该总线协议的各个部分 包括协议的传输方式 帧的构成 错误校验 功能码等给出了 详尽的描述 2 研究了基于ModBus协议的现场总线控制系统的设计思想和系统结构 并设计了FCS 2000现场总线控制系统 该系统本质上是一种对生产现场进行 控制和管理的网络 具有很高的实时性 可靠性 数据完整性和可用性 通过专门的接口和设备完成与上层工厂信息系统的数据交换和传递 3 通过文字 数据 图片等方式展示了研究设计的FCS 2000现场总线控制系统在一个实际的工业工程控制领域的成功应用 体现了设计的FCS 2000现场总线控制系统的可行性 同时 简要说明了系统应用的情况和市场前景 通过实际应用表明 基于ModBus总线协议设计的控制系统在可靠性 容错处理 数据交换 系统管理 抗环境干扰等方面都比传统仪表组成的系统 功能强 在控制系统领域将会有很大的发展空间和市场 6 学位论文 李巍 现场总线技术及其在机舱自动化中的应用研究 2001 该文主要包括以下内容 首先 该文介绍了现场总线的概念 阐述了FCS系统相对于DCS系统的特点和优点 说明了FCS将会代替DCS的趋势 并对多种现场 总线协议作了理论比较 结合船舶机舱自动化系统的具体情况 说明了选择CAN总线应用于船舶机舱自动化领域的合理性和优越性 第二 该文对CAN总线协 议模型进行了分析和讨论 通过对CAN总线协议各层的错误辨识和竞争仲裁机制的介绍 说明了CAN总线良好的实时性和可靠性 第三 就CAN总线应用于船舶 机舱自动化系统所存在的问题进行了分析 对解决介质冗余等问题的几种方法作了介绍和比较 第四 采用Intel80C196KC微处理器 PhilipsSJA1000CAN通 信控制器和P82C250总线驱动器完成了部分CAN网络模块的设计和开发 第五 在对CAN总线协议深入理解的基础上 采用合理的实验方法 对CAN总线的通信 情况作了定量的测试和评估 7 学位论文 吴成岩 PROFIsafe安全总线协议的研究分析 2006 安全 是铁路运输的永恒主题 由于铁路信号联锁系统是铁路运输的 神经中枢 铁路信号的发展和铁路运输安全息息相关 随着铁路行车速 度和密度的增加 信号技术装备在保证行车安全中发挥了越来越重要的作用 然而 传统的铁路信号联锁系统是以继电器逻辑电路为基础的继电联锁 它的线路复杂 维修困难 可靠性差 在进入信息时代的今天 随着信息技术和网络技术的发展 铁路信号的传统理念正在改变 信号的功能逐步扩 大 因此 新建铁路信号系统以及系统的改造需要一种更安全 更可靠 更高效的解决方案 融合现场总线技术的铁路信号控制系统方案 是一种很好 的途径 现场总线综合了数字通信技术 计算机技术 自动控制技术 网络技术和智能仪表技术等多种技术手段 构成了一种全分散 全数字 智能 双向 互连 多变量 多接点的通信与控制系统 成为自动控制发展的趋势 在现有的各种现场总线标准中 PROFIBUS是近年来国际上最为流行的现场总线 也是目前数据传输率最快的一种现场总线 传输率可达12Mbit s PROFIBLJS采用开放式国际标准 包括三个方面 即PROFIBUS PA PROFIBUS FMS和 PROFBUS DP 其中DP是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统 它是一种高速低成本总线 用于设备级控制系统与分散式I O的通信 它安装简单 拓 扑结构多样 易于实现冗余 通信实时可靠 功能比较完善 卓越的性能使得它适用于各种工业自动化领域 除此之外 PROFIsafe行规的提出 使 PROFIBUS成为唯一能够按照 IEC61508标准满足制造业和工业自动化故障安全要求达到SlL3级的安全系统 本文针对主从通信系统 在实验室现有条件下 设计出了基于PROFlBUS DP的单主单从通信系统 在此过程中引入了GSD文件的概念以及如何应用其 组态软件STEP 7进行组态 最后 文章详细分析了PROFIsafe应用行规 并将其安全措施应用于本系统中 使其符合故障 安全的要求 本系统采用的硬 件设备主要是西门子的开发包4和鼎实公司的PB B RS232总线桥 8 期刊论文 张玉 陈健 戴京生 ZHANG Yu CHEN Jian DAI Jing sheng 现场总线技术在楼宇自动控制系统中的应用 LonWorks协议与BACnet协议 金陵科技学院学报2005 21 3 介绍了目前在BAS Building Automation System 中应用得最为广泛的两种总线协议LonWorks和BACnet的技术特点及其最新发展 并指出这两种总线 协议在楼宇自动控制领域的主导地位和竞争的状况将会长期持续下去 9 学位论文 林晓毅 阀门控制器中现场总线技术的研究与应用 2007 本文论述了阀门控制器中现场总线技术的研究与应用 阀门电动执行机构广泛应用于现代工业控制系统中 阀门控制器是电动执行机构中对阀门进行控制和调节的核心部件 现场总线技术是当今控制领 域的热点之一 综合了数字通信技术 计算机技术 自动控制技术 网络技术和智能仪表技术等多种技术手段 构成了一种全分散 全数字 智能 双 向 互连 多变量 多接点的通信与控制系统 提出了一种将现场总线技术应用于新型阀门控制器的一般模式 成功实现了智能阀门控制器与Modbus Profibus现场总线的无缝连接 为新型阀门控制器向数字化 分布式 现场总线方向迈进提供了有力的支持 以在阀门控制器上实现现场总线从站接口为主要研究目标 以基于单片机 DSP技术的阀门控制器为研究平台 对Modbus Profibus DP现场总线从 站接口协议进行了有益的研究 取得了一定的成果 设计了Modbus Profibus DP现场总线从站接口 并为阀门控制器实现其它现场总线从站接口提供了 很好的应用模式 通过了解国内外阀门控制器及现场总线技术的发展现状 分析现场总线技术的应用情况 重点分析了阀门控制器中应用现场总线技术的优势 简要 介绍基于TMS320LF2407A和ATmega64L双主控芯片的阀门控制器系统的硬件组成和软件设计 详细介绍并解析Modbus Profibus DP总线协议内容 探讨 Modbus Profibus DP总线接口技术 设计并实现了阀门控制器中Modbus Profibus DP总线从站接口模块 进而实现了阀门控制器基于现场总线技术的 远程控制与监测 详细介绍了基于RS 485串行通讯标准Modbus总线硬件电路 根据Modbus Profibus DP总线数据传输协议设计了总线从站通讯接口程序 论文最后就 目前研究的内容介绍了下一步的工作和发展方向 并对该研究领域的发展前景进行了展望 将Modbus Profibus DP总线技术成功应用在智能阀门控制器中 本研究成果已经成功应用在阀门控制器中 该系统已通过了型式试验 并已开始批 量投产 本研究成果对