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摘 要 介绍了FCS（PROFIBUS，CAN），并进行了电厂现场总线控制系统方案设计，控制系统中硬件配置及软件设计。通过对开关量智能节点设计、模拟量智能节点设计，最终形成以智能节点为单位的现场底层网络。最后，在此基础上最终实现与分散控制系统的集成。
关键词 FCA现场总线；电厂自动化系统；网络集成
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-037-02
随着电厂规模的扩大，电厂自动化系统中数据的采集点及设备控制点越来越多，连接对象越来越复杂，电缆用量越来越大，占系统成本比重越来越大。
作为工业控制数字化、智能化与网络的化的代表，与传统的现场信号电缆网相比，现场总线技术具有诸多优点。而且计算机控制系统逐步从集散控制系统向分布式现场总线控制系统发展，是现代工业自动化发展的主流方向。将现场总线技术与分散控制系统相融合一直是当前研究的热点。现场总线能与各种不同的智能化现场设备联接，进而通过远方操作站由操作员集中操作，成为促使控制系统向智能化、网络化分散化方向发展的重要技术。可以大大简化现场设备的测试维护工作，降低运行成本。
本文通过对电厂现场总线控制系统进行设计研究并实现与DCS（分散控制系统）的集成。
1 现场总线控制技术
现场总线是在智能测量控制仪表、设备和自动化系统之间，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线进行连接，并为其提供一个全数字化、双向的、分散的、多点连接通信数据总线。最终使仪表、设备之间及其与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换。即：现场总线控制系统就是应用现场总线技术对传统DCS进行改造，并形成的各种适应实际需要的现场总线控制系统，提高通信质量、系统可靠性、实现数字化的信息传输。
2 系统总统结构硬件设计
2.1 现场总线选型
PROFIBUS是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，其的网络协议是以ISO颁布的OSI参考模型为基础，仅采用了其中的三层：用户接口层、数据链路层及物理层。PROFIBUS总线上的设备包括主站和从站。由于总线型控制系统实时性要求高，采用基于令牌协议与主从问询相结合的存取控制方式，主站间以令牌传递方式对总线有控制权，用以发送或请求接收数据。主站与从站以主从方式进行数据通讯。
2.2 现场总线控制系统组成
本系统为多主多从、生产厂商设备的DP混合系统。采用PROFIBUS-DP现场总线技术来进行组网。设备FCS网络采用总线型网络拓扑结构，网络介质使用RS-485标准屏蔽双绞线。系统中单元及控制设备与分布式I/O的通信，由带 PROFIBUS通信接口的中央处理器或通信模块完成。设备主站和从站均选择PLC。从站主要进行运动控制，仅对收到信息时或主站发出请求时，从站才发送信息。主站有两类，一类主站主要进行协调控制从站，二类主站进行监视。
2.3 总线智能节点设计
总线智能节点是总线网络中分布在现场的基本单元，由于各种智能节点的设计也大同小异（输入模拟量、输入开关量、输出模拟两极输出开关量），因此本文仅仅给出了节点设计的一般方法。图1为模拟量输入通道的原理结构框图。
3 系统软件设计
本系统的软件设计部分包括上位机设计和下位机设计两部分。本文采用WinCC V6.0组态软件进行上位机人机界面设计，并将来自下位机的信息实时显示在工控机上，以报警信息或参数曲线形式提供给操作员，方便操作员对现场设备进行实时管理。下位机主要实现实时监控供煤系统中各台设备状态、现场中堆煤状态等信息，并将信息传送至上位机。
3.1 下位机软件设计
系统的下位机软件结构采用模块化编程，即在程序被分成不同功能模块（逻辑模块）。下位机程序主要有主程序（OB1）和多个功能块FB（子程序）组成。在实际运行中，可根据不同控制的需要，由组织块OB1中调用各个相应的功能（FC）来完成。该设计方式减少了重复编程复杂度，使程序易于修改、调试和差错。
主程序流程图如图2所示。
3.2 上位机软件设计
上位机是用户对整个系统的直接控制部分，主要实现如下功能：接受用户命令并为用户提供完整的实时运行状态信息、用户可以通过鼠标、键盘等输入接口给系统各智能节点下达命令。上位机软件框图如图3所示，主要包括操作命令部分、控制系统总查询部分、画面管理部分及用户通信界面输入部分等。
3.3 与DCS的网络集成
现场总线技术与DCS集成方式有多种，本系统采用采用将现场总线层与DCS系统I/O层连接的集成，将现场总线系统中的数据信息映射成与DCS的I/O总线上的数据信息，实现在I/O总线上的现场总线技术集成。这样使得在DCS控制器所看到的来自现场总线来信息，如同来自一个传统的DCS设备卡一样。
4 结论
FCS控制系统在机组控制领域应用前景广阔。随着智能化现场仪表及设备被广泛应用到电厂，将传统DCS技术与FCS 技术相融合，最终会构成全局性的FCS，是当前的发展方向，有助于进一步提高发电机组自动化和管理水平。
参考文献
[1]丁劲松，李敏.现场总线与电厂全集成自动化[J].电力自动化设备，2004，24（10）：65-68.
[2]宋何敏.FCS系统及在垃圾发电厂应用前景[J].现代经济信息，2009（15）：9-10.
[3]徐鹿眉，郑国华，高晶晶.基于Profibus的埋弧焊设备控制系统设计[J].黑龙江交通科技，2010（3）：103-104.
[4]徐鹿眉.基于现场总线的埋弧焊接控制系统设计[J].现代电子技术，2008（9）：191-193.
[5]马云，张晓光，胡晓钦，等.基于Profibus DP的煤矿电厂供煤自动化系统设计[J].煤矿机械，2010，31（1）：137-139.
[6]叶俊，柴彤.现场总线技术在火电厂输煤系统中的应用[J].山东电力技术，2006（5）：52-54.
关键词 FCA现场总线；电厂自动化系统；网络集成
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-037-02
随着电厂规模的扩大，电厂自动化系统中数据的采集点及设备控制点越来越多，连接对象越来越复杂，电缆用量越来越大，占系统成本比重越来越大。
作为工业控制数字化、智能化与网络的化的代表，与传统的现场信号电缆网相比，现场总线技术具有诸多优点。而且计算机控制系统逐步从集散控制系统向分布式现场总线控制系统发展，是现代工业自动化发展的主流方向。将现场总线技术与分散控制系统相融合一直是当前研究的热点。现场总线能与各种不同的智能化现场设备联接，进而通过远方操作站由操作员集中操作，成为促使控制系统向智能化、网络化分散化方向发展的重要技术。可以大大简化现场设备的测试维护工作，降低运行成本。
本文通过对电厂现场总线控制系统进行设计研究并实现与DCS（分散控制系统）的集成。
1 现场总线控制技术
现场总线是在智能测量控制仪表、设备和自动化系统之间，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线进行连接，并为其提供一个全数字化、双向的、分散的、多点连接通信数据总线。最终使仪表、设备之间及其与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换。即：现场总线控制系统就是应用现场总线技术对传统DCS进行改造，并形成的各种适应实际需要的现场总线控制系统，提高通信质量、系统可靠性、实现数字化的信息传输。
2 系统总统结构硬件设计
2.1 现场总线选型
PROFIBUS是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，其的网络协议是以ISO颁布的OSI参考模型为基础，仅采用了其中的三层：用户接口层、数据链路层及物理层。PROFIBUS总线上的设备包括主站和从站。由于总线型控制系统实时性要求高，采用基于令牌协议与主从问询相结合的存取控制方式，主站间以令牌传递方式对总线有控制权，用以发送或请求接收数据。主站与从站以主从方式进行数据通讯。
2.2 现场总线控制系统组成
本系统为多主多从、生产厂商设备的DP混合系统。采用PROFIBUS-DP现场总线技术来进行组网。设备FCS网络采用总线型网络拓扑结构，网络介质使用RS-485标准屏蔽双绞线。系统中单元及控制设备与分布式I/O的通信，由带 PROFIBUS通信接口的中央处理器或通信模块完成。设备主站和从站均选择PLC。从站主要进行运动控制，仅对收到信息时或主站发出请求时，从站才发送信息。主站有两类，一类主站主要进行协调控制从站，二类主站进行监视。
2.3 总线智能节点设计
总线智能节点是总线网络中分布在现场的基本单元，由于各种智能节点的设计也大同小异（输入模拟量、输入开关量、输出模拟两极输出开关量），因此本文仅仅给出了节点设计的一般方法。图1为模拟量输入通道的原理结构框图。
3 系统软件设计
本系统的软件设计部分包括上位机设计和下位机设计两部分。本文采用WinCC V6.0组态软件进行上位机人机界面设计，并将来自下位机的信息实时显示在工控机上，以报警信息或参数曲线形式提供给操作员，方便操作员对现场设备进行实时管理。下位机主要实现实时监控供煤系统中各台设备状态、现场中堆煤状态等信息，并将信息传送至上位机。
3.1 下位机软件设计
系统的下位机软件结构采用模块化编程，即在程序被分成不同功能模块（逻辑模块）。下位机程序主要有主程序（OB1）和多个功能块FB（子程序）组成。在实际运行中，可根据不同控制的需要，由组织块OB1中调用各个相应的功能（FC）来完成。该设计方式减少了重复编程复杂度，使程序易于修改、调试和差错。
主程序流程图如图2所示。
3.2 上位机软件设计
上位机是用户对整个系统的直接控制部分，主要实现如下功能：接受用户命令并为用户提供完整的实时运行状态信息、用户可以通过鼠标、键盘等输入接口给系统各智能节点下达命令。上位机软件框图如图3所示，主要包括操作命令部分、控制系统总查询部分、画面管理部分及用户通信界面输入部分等。
3.3 与DCS的网络集成
现场总线技术与DCS集成方式有多种，本系统采用采用将现场总线层与DCS系统I/O层连接的集成，将现场总线系统中的数据信息映射成与DCS的I/O总线上的数据信息，实现在I/O总线上的现场总线技术集成。这样使得在DCS控制器所看到的来自现场总线来信息，如同来自一个传统的DCS设备卡一样。
4 结论
FCS控制系统在机组控制领域应用前景广阔。随着智能化现场仪表及设备被广泛应用到电厂，将传统DCS技术与FCS 技术相融合，最终会构成全局性的FCS，是当前的发展方向，有助于进一步提高发电机组自动化和管理水平。
参考文献
[1]丁劲松，李敏.现场总线与电厂全集成自动化[J].电力自动化设备，2004，24（10）：65-68.
[2]宋何敏.FCS系统及在垃圾发电厂应用前景[J].现代经济信息，2009（15）：9-10.
[3]徐鹿眉，郑国华，高晶晶.基于Profibus的埋弧焊设备控制系统设计[J].黑龙江交通科技，2010（3）：103-104.
[4]徐鹿眉.基于现场总线的埋弧焊接控制系统设计[J].现代电子技术，2008（9）：191-193.
[5]马云，张晓光，胡晓钦，等.基于Profibus DP的煤矿电厂供煤自动化系统设计[J].煤矿机械，2010，31（1）：137-139.
[6]叶俊，柴彤.现场总线技术在火电厂输煤系统中的应用[J].山东电力技术，2006（5）：52-54.