到目前，發電廠機組控制系統一直采用DCS 。在傳統的DCS中，體現的是集中管理與分散控制的控制策略。但是，DCS中通信系統是由封閉的專用網絡實現的，因此帶來了其自身的局限性。近年來，隨著現場總 線技術的發展，出現了現場總線控制系統（FCS），現場總線控制系統采用標準的網絡，組成了新型的全分布 式結構，將控制功能徹底向下分散到了現場，依靠現場智能設備實現基本控制功能，使建立數字化電廠的 目標成為可能。發電廠數字化（數字化電廠）是發電廠信息化的基礎，而發電廠數字化的核心是推廣應用現 場總線系統。

　　1 現場總線技術的應用

　　現場總線是用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互聯的通信網絡。它作 為工廠數字通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯系。 它不僅是一個基層網絡，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統，其技術特點：（l）現場總線的通信協 議都是公開的，可與任何遵守相同標準的其它設備互聯;（2）系統互可操作性與互用性;（3）現場設備可以完 成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態;（4）現場總線是一種構成全分布式控制系統的體系 結構，可提高控制系統的可靠性;（5）對現場環境有較強的適應性，具有較強的抗干擾能力。

　　1.1 Lonworks

　　Lonworks由美國Ecelon公司推出，其采用了150/051模型的全部7層通信協議及面向對象的設計方法， 支持完全分布式的網絡控制技術，是開放且可互操作控制系統的一個技術平臺。誼過網絡變量，把網絡通 信設計簡化為參數設置，其通信速率從300bit/s至15Mbit/s 不等，直接通信距離可達到2700m（78kbit/s，

　　雙絞線），支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質，被譽為通用控制網絡。 目前，Lonworks主要應用于工業控制、樓宇自動化、數據采集、數據采集與監視控制系統（SCADA）等，國內 主要應用于電力自動化和樓宇自動化方面，其具有如下特點。

　　（1） Lonworks技術核心是神經元芯片（Neuron chip），該芯片具備通信和控制功能，并且固化了 150/051的全部7層通信協議，以及 34種常見的1/0 控制對象。

　　（2） 采用一種基于載波偵聽多路訪問/介質訪問控制（CSMA/MAC）的新型通信模式，稱為帶預測的P-

　　Persistent CSMA算法，有效地避免了網絡的頻繁碰撞，可在重負載的情況下保持網絡通訊性能。

　　（3） LonworkS使用網絡變量與其它節點通信，使網絡通信的設計簡化成為參數設置，從而大大簡化了 復雜的分布式應用編程，提高了通信的可靠性。

　　（4）通信的每幀有效字節可以從。到 228 個字節。

　　（5）通信速度可達1.25 Mbit/S（有效距離為130m）。

　　（6）測控網絡上的節點數可以達到32000個。

　　（7）直接通信距離可以達到270Om（雙絞線，通信速率 78 kbit/S）。

　　（8）針對不同的通信介質有不同的收發器和路由器。

　　（9） Lonworks網絡支持總線型、星型、自由拓樸等多種拓樸結構，極大地方便了控制網絡的構建。

　　1.2 Profibus 現場總線

　　ProfibuS為德國國家標準和歐洲國家標準的現場總線標準，其最大傳輸速率為12 Mbit/s，傳輸距離為 100m和400m，傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點，主要應用于制造業、過程、 發電、輸配電、樓宇、鐵路交通等控制。

　　1.3 CANBUS

　　CAN 是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱，其總線規范現已被150國際標準組織制訂為國際標準。 CANBUS 現場總線主要應用于汽車制造、公共交通車輛、機器人、液壓系統、分散型I/0 。另外，在電梯、 醫療器械、工具機床、樓宇自動化等方面均有所應用。

　　2 現場總線技術在廠用電電氣全通信模式中的應用

　　FECS的目標是利用數字化廠用電監控管理系統實現一體化控制，其使用范圍是發一變組電氣系統、廠 用電電氣系統等設備的監控。電氣系統運行監控以母線、變壓器、發電機、電動機的電氣單元開關（斷路器 及相關隔離、接地刀閘為一個間隔單元）為控制對象。本文以2臺600MW機組FECS為例，介紹采用LonWorkS現 場總線技術在FECS中的應用。

　　2.1 系統網絡結構

　　FECS 采用的網絡結構如圖1所示。

　　圖1中，系統由2套FECS組成，其中1套系統包括1號機組和公用系統，另1套包括2號機組和公用系統。

　　由圖1中可見，FECS采用分層分布式結構，系統自上而下分為站控層、分布控制層和間隔層3層。分布 控制層和間隔層設備可分散配置，易于設備維護和系統擴展;站控層和分布控制層之間的網絡采用1000 Mbit/s/100 Mbit/s以太網;分布控制層和間隔層之間采用 Lonworks現場總線網絡。

　　站控層是整個系統的控制管理中心，完成對整個系統的數據收集、處理、顯示、監視功能，經過授權 對電氣設備進行控制。站控層對DCS/FCS完全開放，提供電氣設備管理和操作功能。

　　分布控制層是FECS的核心層，由主控單元組成，主控單元集監控子站、終端設備管理機和通信管理機 等于一體，完成站控層和間隔層之間的實時信息交換，實現與DCS、調度中心的數據交換，同時可以實現發 電廠電氣邏輯控制功能。這樣，既保持了DCS集散控制系統的設計思想，又采納了FCS的實現原則。分布控 制層采用LonworkS網絡，即主控單元和間隔層的繼電保護裝置之間采用Lonwork網絡。

　　間隔層由各種保護測控裝置和智能設備組成，完成就地電氣設備的保護、測量、控制功能，通過現場 總線通信方式與分布控制層通信。間隔層裝置組成的 LonworkS 網絡，由于是總線型網絡，很容易實現冗 余雙網絡。采用主動上送式規約，具有變化量突發上送的功能，實時性好，占用信道帶寬少，響應速度較 快。

　　2.2 工藝流程組網方式

　　在全通信模式中，間隔層的組網方式采用工藝流程組網（圖2），即按照DCS中DPU的配置來配置主控單 元，把與熱工生產流程密切相關的保護、測控裝置（6kV和380V）組成的Lonworks現場總線網絡接人主控單 元。主控單元與DCS DPU一一對應，其它智能設備通過一對主控單元接入系統，同時將智能設備信息通過主 控單元輸入DCS 。采用工藝流程組網，提高了系統的實時性和可靠性，可適應DCS控制邏輯的工藝聯鎖需 要;采用LonworkS網絡，繼電保護裝置以分布式I/0的方式參與DCS控制;采用通信的方式與DPU交換數據，減少了硬接線，節省了投資，提高了發電廠監控的信息量。

　　2.3 數據信息處理功能

　　（1）事故分析信息管理中包括告警信息管理、保護信息管理、系統日志信息管理、裝置故障錄波管理、 系統事故順序記錄（ S OE ）管理、主控單元操作記錄管理。

　　（2）實現電動機的起動過程錄波，可以根據波形分析電動機及控制閥的故障和狀態。

　　（3）機組發電量統計、變壓器負荷率統計、損耗統計、廠用電回路的功率因數和發電機功率因數及電度 量分時統計、廠用電率統計等。

　　（4）系統控制權切換管理。FECS與DCS一體化控制中涉及到DCS、FECS 2個系統的控制權限，FECS控制權 管理功能基于IEC61131-3邏輯模塊，控制權管理可以根據用戶組態，在任意一個系統上完成控制操作及控 制權限的切換。主控單元可以記錄必要控制操作信息，以保證電氣控制系統（ECS）、DCS以及其它控制系統 之間的控制權限的可靠切換以及控制操作的安全管理。

　　2.4 與DCS實現一體化控制

　　電氣設備以分布式I/0的形式參與DCS控制，這就涉及到FECS和DCS信息的交換。在FECS設計中，采用了 2種方式與DCS交換數據（圖3），一種是主控單元與DPU之間通信;另一種是轉發工作站和DCS后臺之間通信。 現場總線/工業以太網設計中采取以下措施保證通信的可靠性：

　　（1） 冗余措施 通信網絡的冗余和通信單元的冗余，保證在單一網絡或者通信單元故障的情況下數據能 夠正常正確地傳輸。

　　（2） 校驗措施 在通信機制和通信數據上的校驗，保證了在數據傳輸過程中因干擾產生誤碼或者數據丟 失時不影響數據的正確性。

　　（3） 診斷和自檢措施 運行過程中對通信單元、通信接口在線進行診斷和自檢，發現異常則進行切換或 者報警。

　　（4） 全廠控制權管理 FECS和DCS的信息交換全部采用通信方式，從而減少控制電纜。FECS參與DCS控制 的范圍由純電氣部分的控制（例如電源控制）擴展為對6kV、380V電動機的控制。FECS作為DCS的子系統參與 控制，完成電氣實時數據采集和控制功能。

　　2.5 技術經濟性分析

　　將 2*600MW機組常規控制方案與2*600MW基于現場總線的FECS方案進行對比表明：

　　（1） FECS設計方案的綜合技術性能水平高，信息量是常規應用方式的2倍;電氣信息量是傳統硬接線的 10倍以上。

　　（2） FECS豐富的信息為發電廠的經濟運行和檢修維護提供了依據，提高了電廠運行的經濟性、安全性。

　　（3） 采用FECS方案，節省大量電纜、變送器、占地面積、檢修維護費用。

　　（4） 采用FECS方案，實現了管控一體化。

　　3 發電廠中各種現場總線的互聯

　　發電廠中常用的現場總線有：LonworkS、Profibus、CANBUS，此外還有PLC控制系統比較常用的Modbus

　　和CC-Link總線等。支持同一種現場總線的不同設備之間可進行互聯，而不同種類的現場總線不能進行互 聯。對此，瑞士 HMS 公司提供了將不同工業網絡進行互聯的產品使不同種類的現場總線接人任意主流工業 網絡。目前，發電廠中不同現場總線之間可以通過網關或者通過 OPC 協議進行互聯。本文采用主控單元實 現不同協議現場總線之間的互聯（圖2）。