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    一．前言

    近十年來，隨著科學技術，尤其是電子計算機技術的飛速發展，DCS分散控制系統日漸成熟，并已在國內許多大中小型火電廠中得以廣泛應用。使其無論是硬件系統，軟件設計組態，還是在運行管理上都積累了很多成熟可信的經驗，這對保證電廠安全，可靠，經濟，文明運行起到十分重要的作用。電廠機、爐、電主控系統工控水平有了很大提高的同時，對各種輔助系統控制管理水平相應提高也提出新的要求。輔助控制系統是全廠熱工自動化的重要組成部分，依靠先進的計算機技術，網絡通訊技術合理有效地提高輔助系統的控制水平是提高全 廠綜合自動化水平，提高電廠運行經濟性；是達到減人增效，實現“廠網分開，競價上網”，增強電廠的市場競爭力的重要保證。

     電廠化學水系統作為重要的輔助車間和輔助系統，特別是大型火電廠利供熱電廠的化水處理車間處理量大，工藝復雜，水質要求高，其運營的好壞直接關系到電廠的安全運行及可靠性。但是，由于電廠化學水系統對于整個電廠而言是一個相對獨立的系統，與其他主體專業相 關性不是很強，同時，電廠化學水系統因為監視控制點比較分散，難以納入傳統DCS控制技 術進行系統化改造，致使化學專業自動化水平、信息集成化水平相對落后，已經不能滿足現 代化電力生產的需要。在全廠自動化水平大幅提高的同時，提高化水系統的控制水平以滿足 生產需求已是當務之急。

    二．電廠化學水監控管理系統的現狀及存在的問題

    1．PLC程控方式

    隨著機組容量的增大，化學水監控量隨之增加，且對系統的各項生產管理的精度要求越來越 高，采用傳統的常規儀表盤控制方式難以滿足系統的整體控制要求，因此，目前大部分新建 、擴建的大容量電廠的化水系統多采川PLC程控方式對該系統進行監視控制。通過現場檢測 元刊：將數據采集，由不同功能的模塊將數據按要求傳至CPU進行處理，進而完成模擬量的 檢測與控制，實現開關量的按鈕、限位開關、電機啟動器、指示燈、報警器等的連接，開通 過各自的通訊網絡在計算機上集中信息，統一處理后在操作員站上實現各種畫面顯示，故障 報警，報表打印，數據存儲及各種分析處理，實現化水系統的濾池、澄清池、加藥設備、過 濾器、剛床、陰床、混床、水箱、泵、風機、酸堿儲存和計量設備的各項監控功能。

    2．常規儀表盤控制方式

    目前，這種控制方式還有一些電廠里仍在沿川。在就地控制室將大量的反映壓力、溫度、流量及記錄儀等二次儀表安裝在控制盤上進行過程的監視與記錄，通過操作臺或控制盤上的 開關或按鈕米實現對現場的泵、風機以及電動門開啟關閉等操作指令。現場布置有心磁閥箱 配電箱等設備。

    3．存在的問題

    由于目前PLC程控技術的發展以及在輔助系統，尤其是化學水系統的廣泛應用，使得制造商 清楚地認識到輔助系統PLC程控是一塊寶貴資源，不惜重金以各種手段紛紛搶占這塊市場。這樣由于他們的技術水平各有不同，生產出的產品質量也就良莠不齊。尤其在打價格戰的今 天，很多以前在火電廠化學水系統無有任何業績的部分廠家憑借低廉的價格，在競標中贏得 項目，往往造成該系統獨立，難以進行有效的維護，兼容性能差，開放性能差，甚至不能將信息資源完全共享，從而全面有效地向MIS系統開放，致使化學水系統成為全廠信息化管理 的孤島。而另一個不可回避的事實則是由于機組容量的增加，化水等輔機容量亦相應增大，這樣勢必造成PLC控制系統輸入輸出I／O測點的增加，造成各類模件增加，機柜數量龐大，系統復雜。單是龐大的PLC系統硬件這一項就將花費電廠的大筆建設費用。不少電廠也因價 格昂貴放棄了PLC程控的打算，退而求其次改用常規儀表盤這種控制方式。

    對于一些規模較小的火電廠熱電廠，化學水系統使用常規儀表盤控制還有其存在的合理性， 但是，現代化的生產工藝系統日趨大型化，復雜化，仍采用常規儀表面對大量信息量和指令量，獨立工作的控制裝置和控制開關是很難勝任的，將需用很多很長的監控儀表盤、臺。重要的是，在信息化、數字化、標準化的今天，仍然面向儀表的管理方式己不符合當前技術發展的主流趨勢，具體表現為：

    (1)．手段落后，操作人員工作強度大，需要較多的人員對大量分散的儀表進行維護。

    (2)．與良莠不齊的儀表、控制設備制造供應商打交道，產品質量沒有保證，備品備件品種 繁多。同時工藝生產在相當程度上還產生對生產廠商的依賴。

    (3)．現在儀表生產方式難以受標準化制約。

    (4)．即便是智能儀表，其功能也無法與計算機系統相比。

    (5)．年復一年備品備件的購置，仍是一筆很大的開支。

    由上我們不難看出，傳統的面向儀表的管理必然會隨著科技的發展而逐步淡出，取而代之的是將更科學更有前景的新方式。

    三．FCS在化學水系統的應用

    FCS技術作為第三代DCS的發展方向，其以全數字化，全分散化，全開放性的技術特點將逐步取代DCS成為發屯企業主要控制方式，其控制領域將覆蓋到電廠的各個系統。

    1．現場總線及FCS簡介

    1．1 現場總線

    現場總線(Fieldbus)是用于現場儀表與控制系統及與控制室之間的全分散，全數字化，智能，雙向，多變量，多點多站的互連通訊網絡，也被稱為開放式，數字式多點通信的底層控制網絡。現場總線技術將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表或在傳統的控制儀表上加掛智能模塊 ，使它們各自具有了數字通信能力，用數字信號取代4―20mA的模擬信號。采用可進行簡單 連接的雙絞線等作為總線，把多個測量儀表連接成網絡系統，并按公開規范的通訊協議，在位于現場的多個微機化測量控制設備之間及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸 與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統。

    其具體含義體現在以下幾個方面：

    (1)．現場通信網絡：即用于過程自動化和制造自動化，現場儀表或現場設備互連的通信網絡。

    (2)．現場設備互連：即現場的傳感器、變送器、執行器等設備可以通過一對傳輸線實現互連。

    (3)．功能塊分散：即將構成控制同路的功能塊分散在多臺現場設備中，使現場設備不僅具有I／O功能，還八有控制功能，實現徹底的分散控制。

    (4)．互操作性：即不同廠家的現場設備可以互相通信并能統一組態。

    (5)．通信線供電：即現場設備采川通信線供電，并可以提供本質安全。

    (6)．互連網絡控制系統：即現場總線網絡互連，網絡數據共享，構成網絡控制系統。

    1．2 現場總線的類型

    1．2．1 目前國際上是多種現場總線并存，IEC于2000年1月4日公布IEC61 158采用以下8種現場總線類型1：IEC61158技術報告 (即FF H1)類型2：Control Net (美國Rockwell)  類型3：Profibus (德國Siemens)  類型4：P  NET (丹麥Process Data)  類型5：FF HSE (美國Fisher  Rosemount)  類型6：Swift Net (美國Boyin)  類型7：World FIP (美國A1ston)  類型8：Inter bus (德國Phoenix Contact)

    1．2．2 其余現場總線

    類型1：HART (美國Fisher Rosemount)類型2：CAN (德國Bosch，IS011898，Philips)類型3：LON (Lon Works)(美國Echelon)類型4：Dupline (瑞士Carlo Gavazzi)

    1．3 現場總線控制系統(Fieldbus Control System簡稱FCS)

    將測控任務分散到現場設備中，上位機只負責監控一些復雜的優化和先進控制功能，FCS用現場總線這一開放的，可操作 的網絡成為智能設備或智能模塊的聯系紐帶，把掛接在總線上，作為網絡節點的智能設備或模塊接為網絡系統，并進一步構成自動化系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警 、顯示、監控、優化及控管一體化的綜合自動化能力。同時，控制功能徹底下放到現場，降 低了安裝成本和維護費用。因此，FCS實質是一種真正的全分散，全數字化，全開放可互換 及互操作的新型生產過程控制系統。采用現場總線控制系統，現場儀表、PLC、操作員站、丁程師站及上位機系統都將作為現場總線上的節點平等地掛在總線上。

    2．FCS技術在化學水系統的應用

    針對目前火力發電廠化學水系統設備布置分散，汽水取樣、自動加藥、繁多的常規測點的監 控等：1：程現狀，FCS技術以其全數字化，全分散性，全開放，可換及互操作性為主要技術 特點，特別適合于發電企業化水系統分散化的現狀。化水系統應用FCS技術，成本低，性能 可靠，實現全數字化。岡此，改造、建設一個融監測、程控、自動加藥及信息集中上傳MIS 系統于一體的化水綜合自動化平臺已經成為化水自動化技術的主流。作為科技發展的必然結 果，FCS在化水及其它輔助系統的廣泛應用，必將使電廠的整體控制水平有極大提高，目前 我國部分電廠已開始實施。

    2．1 FCS技術在化學水系統應用簡介

    簡言之，以現場總線為紐帶，把單個分散的化水系統的測量控制設備變成網絡節點，使它們 連接成可以相互溝通信息，共同完成檢測控制任務的網絡系統與控制系統，實現汽水取樣， 自動加藥，水處理等整個系統的各項功能。為使測量設備具有數字通信能力，通常選用植有 CPU的智能儀表或在儀表上加掛智能模塊。目前，具有各種輸入輸出參數處理算法的內含參 數的模塊，在心廠化學中應用較為廣泛。在化水監控管理系統配套使用的功能模塊大致有七 類：

    第一類：化學水測量模塊，將化學測量電極信號轉換為總線數字信號。主要包括PH模塊，電 導模塊，鈉度模塊，溶氧模塊等。

    第二類：變送器轉換模塊，將多路標準電壓或電流信號轉換為總線數字信號。主要包括壓力 轉換模塊，流量轉換模塊等。

    第二類：測量熱電阻，熱電偶模塊，將熱電阻、熱電偶信號轉換為總線數字信號。

    第四類：開關量輸入模塊。

    第五類：開關量輸出模塊。

    第六類：模擬量輸出模塊。

    第七類：專用模塊。主要包括加藥控制模塊：輸入PH信號，輸出4～20mA，監控站模塊：與 中央監控平臺通信、協調控制其它模塊，PLC專用協議轉換模塊：完成PLC遠程單元與現場內 部協議轉換。

    這些功能模塊，通過組態設計，完成化水系統的數據采集，A／D轉換，數字濾波，溫度壓力 補償及PID控制等各種功能。

    2．2 FCS技術應用于化學水系統具有下列特點：

    (1)．成功地打造了一個融化學水監測、化學水程控、自動加藥以及信息集中上傳MIS的高度 信息集成、綜合一體化管理的系統。極大的改變了目前電廠化學水監控普遍存在的管理分散 ，技術落后，設備配置重復，系統建設和改造成本過高及不能將信息有效上傳MIS的現狀。

    (2)．充分采用FCS這一領先技術，使系統的結構大大簡化。改變了傳統信號采集過程中，成 百上千的現場I／O信號通過各自電纜，向控制室、機柜匯聚的這種規模浩大的信號物理連接 模式。系統可維護性、可靠性大大提高；建設費用大幅下降；施工簡單易行。

    (3)．大量的化學水監測儀表，如PH值、電導率、溶氧等被總線模塊取代；許多現場變送器 就地集中通過現場總線傳輸，不但降低了成本，而且改變了傳統人工面向儀表管理的落后方 式，諸如：需要較多人員對分散儀表進行維護，經常與良莠不齊的儀表供應商打交道，備品 備件的資金消耗。

    (4)．FCS技術的數字化傳輸，不但精度高，而且幾乎沒有傳輸誤差，這一點，模擬信號無法 做到。數字傳輸的另一優點是雙向傳輸特性，這一特性使化水FCS對現場的控制能力大大提 高。

    (5)．由于現場總線規定了標準的功能模塊，不同的廠家設備均采用相同或相近的組態方法 。用戶可以靈活選用不同廠家的現場總線產品來組成實際的控制系統，達到最佳系統集成。 當系統需要擴展時，可將新設備連接到現場總線上，不用增加任何組件，只要通過現場總線 對功能模塊利參數進行設定即可。因此系統易于組態，擴展性強。

    (6)．監控站設計為模塊化形式，體積大為縮小，FCS實現了物理上的分散，電子設備間的機 柜數量大為減少，縮小了電子設備間的面積，聯系電纜大為減少，使得FCS與DCS相比結構小 巧靈活。

    四．FCS的發展前景與展望

    由于FCS在國內諸如赤峰等電廠化學水系統的成功應用，大大提高了電廠的整體控制水平， 也為其它電廠化學水控制水平的提高提供了新的思路。隨著熱工自動化技術的發展，數字化 、智能化控制儀表的進一步開發及應用，新的控制理論及更加先進成熟的控制方式將不斷地 被應用到實際生產中。FCS技術的飛速發展必將大面積應用于化水系統，使其控制水平跨越 新臺階，并且將帶動FCS技術在其它輔助系統廣泛應剛，進而在電廠全面推廣開來。權威人 士預言：在自動化領域，21世紀將是FCS的世紀。