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电站现场总线节制系统FCS165
发布时间:2009-08-19   消息文章地址:中国皇城国际   

  电站现场总线节制系统FCS165是西安热工研究院有限公司(中国皇城国际集团公司技术核心)自主研发的电站主动化节制系统,其方针是完成1000MW等第火电机组全数字化的节制、监视、办理的主动化。该系统也可使用在水电、化工、造纸、水泥等过程工业节制范畴中。FCS165系统不只接收了国际前辈的DCS技术,并且融入了新型的第五代主动化节制技术-现场总线节制技术,嵌入合适国际现场总线尺度IEC61158的Profibus和FF技术,构成新一代现场总线节制系统FCS (Fieldbus Control System),为完成真正的数字化电厂供给技术配备。

  FCS165系统融入了西安热工研究院40多年的火电厂节制技术和优化经验,技术前辈、机能靠得住,功能上最大限度地满足电厂需要,人机界面敌对,合适工程组态人员以及电厂人员使用习惯。

  1 系统详情

  FCS165系统拔擢三层通信收集。顶层是消息网(100M互换型以太网),长短及时和办理数据通道,并连接厂级消息网;中层是机组主控通信网(100M互换型以太网),是及时、节制数据通道,连接DPU、操作员站、工程师站和汗青数据站;基层是I/O和现场总线通信网,是现场过程参数、情况、诊断数据通道,连接I/O模件、现场总线仪表和设备。收集布局见图1。

图1 FCS165系统总体布局

  2 系统特点

  2.1 系统规模

  主控通信网:冗余布局;DPU最大冗余节点50个,最大操作员站/工程师站节点(冗余通道)50个,最大汗青数据站节点27个。采用无办事器的分布式数据库布局,各操作员站对等。

  消息网:冗余布局;最大收集节点254个。

  分布式节制站(DPU):节制器冗余拔擢;5层I/O机架,可插入58块I/O模件,保守I/O点928点。可插入3对冗余Profibus-DP通信主站,构成3对独立的冗余Profibus-DP主网段;可插入4个FF-H1通信主站,构成16个FF-H1网段(每个主站办理4个FF-H1网段)。

  数据库:及时数据库容量和汗青数据库容量可达10万点。

  2.2 节制器

  DPU的核心——节制器FCP01,32位嵌入式精简指令集(RISC)CPU,运算速度200MIPS(根底指令周期5ns/次)。快速内存(SDRAM) 64M,闪存(Flash)32M。功耗4.2W。集成冗余100Mbps以太网接口,嵌入式及时多任务操作系统,内置丰盛的合用电站节制的功能块算法以及现场总线数据处置功能。运算扫描周期最快20ms,可同时处置5个运算周期的组态逻辑。

  2.3I/O卡件精度

  模仿量输入卡件:4~20mA(1~5V) 0.1% ;TC、RTD(mV信号) 0.2%

  模仿量输出卡件:4~20mA(1~5V) 0.2%。

  SOE卡件:分辩率1ms;不合DPU间的SOE卡件经由GPS时间同步,分辩率可达1ms。

  2.4嵌入式现场总线系统

  DPU可同时插入Profibus-DP通信主站、FF-H1通信主站和I/O模件;

  现场总线通信主站与节制器FCP01经由背板并行总线互换数据;现场总线设备数据、情况和诊断消息间接进入FCP01及时数据库,可与保守I/O信号统一用于组态节制、运算。

  与工程师站一体化的Profibus收集、主站、从站的组态、监视、调试、诊断软件对象,采用Windows本钱办理器界面气概。见图2。

图2 Profibus现场总线收集和设备组态界面

  2.5 顺应工业环境运转

  FCS165系统硬件设想和制造满足火电厂工业环境的运转要求。

  * 电磁兼容性:静电放电经由工业3级试验(接触放电±6000V,空气放电±8000V);浪涌冲击经由工业2级试验(±1000V);电快速瞬变脉冲群经由工业2级试验(±1000V);电压暂降、短时中缀经由工业级试验。以上试验均按照国标GB/T 1762.X施行(等同IEC6100-4-X尺度)。

  * 环境前提:

  一般工作环境温度: I/O 模件 -10℃~+70℃;电源 -10℃~+55℃;

  一般工作环境湿度: 10~96%(不结露)。

图3 FCS165系统分布式节制站(DPU)

  3 次要硬件及其机能

  3.1 系统电源

  每个DPU采用冗余拔擢,均衡供电编制。双路外部交换电源输入。每套系统电源的参数如下:

  输入:(220 ±20%) Vac

  输出:5Vdc 40A;24Vdc 25A;48Vdc 6.25A

  隔离:路路隔离,隔离电压大于2000V

  功能:自诊断输入、输出电压、电流、短路、过载等,机箱和散热器温度。液晶面板显示各参数。RS485通信间接与FCP01接口,情况、毛病、报警消息传送。

  庇护:短路庇护,过热庇护,低电压庇护。

  3.2 保守I/O模件

  表1 为保守I/O模件的次要机能一览表。

表1 I/O模件次要特征一览表

名 称

型 号

I/O通道数

转换精度

隔离

机能特点

开关量输入(DI)
(照片)

FDI01

16

路路隔离

电压或触点输入,查问电压24/48Vdc。采样和转换速度为20/秒。软件过滤颤栗(4ms)功能

开关量输出(DO)
(照片)

FDO01

16

路路隔离

共同不合端子单元,完成电压输出、继电器输出。共4DO端子单元。

8路模仿量输入(AI)
(照片)

FAI01

8

每路零丁A/D,16位,精度±0.1%

路路隔离

输入420mA。采样和转换速度为20/秒。具有自诊断功能、平安庇护功能。

16路模仿量输入(AI)
(照片)

FAI02

16

4路一个A/D,16位,精度±0.1%

数字隔离,每4路隔离

输入信号420mA020mA15V05V,在端子单元上跳线选择。采样和转换速度10/秒;具有自诊断功能、平安庇护功能。

模仿量输出(AO)
(照片)

FAO01

8

每路零丁D/A,12位。精度±0.2%

数字隔离,路路隔离

电流输出负载才能阻抗最大750Ω。输出编制电压(010V)和电流(020mA),可经由端子单元跳线选择。

热电偶输入(TC)
(照片)

FTC01

15

4路一个A/D,16位。精度±0.2%

数字隔离,路路隔离

16路用于冷端弥补,显示环境温度。采样和转换速度4/秒;具有自诊断功能、平安庇护功能。合用于EKTJR分度,模件完成转换、线性化、弥补功能。

热电阻输入(RTD)
(照片)

FRT01

12

4路一个A/D,16位。精度±0.2%

数字隔离,路路隔离

可支撑234线制。合用于Pt100,Cu50。模件完成转换、线性化、弥补功能。采样和转换速度4/秒;具有自诊断功能、平安庇护功能。

脉冲输入(PI)

FPI01

8

光电隔离,路路隔离

输入频次(010k)Hz, 脉冲幅值:5V10V24V。信号类型为继电器干接点或电压信号。自诊断功能。计数范畴4字节,有溢出标记;计数值有断电回忆和上电恢复功能


  3.3 电站公用模件

  电站公用模件包罗SOE、汽轮机测速、电液伺服阀节制等。详见表2。

表2 电站公用模件次要特征一览表

名 称

型 号

I/O通道数

转换精度

隔离

机能特点

高速挨次事务记实(SOE)
(照片)

FSE01

16

分辩率1ms

路路隔离

通道供给48VDC 查问电压;软件过滤颤栗(4ms)功能;自诊断功能以及平安庇护功能;GPS时间同步信号完成不合站SOE的时间同步

第三方通信模件
(照片)

FCM01

2RS485
1
路以太网

采用32位嵌入式CPU(AMR7系列)

2RS485接口可设置为独立或互为冗余,RTU Plus和谈。以太网为TCP/IP和谈

汽机转速丈量和超速庇护(Speed&OPT)
(照片)

FSD01

1路转速
1
DO
1
DI

转速丈量转换精度±1r/min

转速脉冲输入频次100Hz10kHz

汽机伺服阀驱动
(照片)

FHS01

3LVDT输入
2
路冗余伺服阀输出
1
路庇护DI

A/D转换16位,精度±0.1%

输入3LVDT(交换或直流),设定中值、均值等;主动阀位校验;阀门闭环节制;跳闸庇护;垂危手动;MOOG阀驱动,420mA输出。


  4 次要软件及其功能

  4.1 工程师站

  工程师站软件包罗组态、调试、维护等功能。

  * 组态:数据库组态、节制逻辑组态、现场总线系统组态、操作员画面组态。节制逻辑采用合适IEC61131-3尺度的功能块(FBD)图形编制组态。见图4。每对FCP01可容纳512页功能块组态图,每页图256个功能块。

  * 调试:DPU在线工况下,下载、上载组态,及时编削功能块参数、强制/保持功能块输出、强制信号质量情况等。在线监视功能块运转情况、参数。查问、解除强制/保持情况。

  * 维护:复位、启动FCP01,切换主、备FCP01,反省、重置FCP内存和闪存等。

(a) 开关量节制组态图

(b) 模仿量节制组态图

图4 图形化的节制逻辑组态图

  4.2 操作员站

  操作员软件次要包罗组态、监控等功能。

  * 组态:工艺流程图组态、及时趋向组态、报表组态等

  * 监控:工艺过程监控、及时趋向监视、汗青数据检索、汗青趋向和报表傍观、报表生成和打印等。流程图见图5。及时趋向每幅图最多12根曲线,汗青趋向每幅图最多8根曲线。

  4.3 汗青站

  汗青站软件次要包罗数据采集、汗青数据库办理、汗青数据处置等功能。

  * 数据采集:汗青站经由主控收集独立采集各FCP01的广播数据,并按照事后组态的数据库字段和法例存储。

  * 汗青数据库办理:数据维护;存储空间分派和办理等。

  * 汗青数据处置:响应操作员站数据检索要求,调出相关数据构成数据包,经由消息网发送。构成各类汗青记实、汗青报表等。

图5 监控工艺流程图

  5 使用

  FCS165系统合用于不合规模的节制系统,出格适合构成DCS-FCS一体化的系统。某电厂水网节制系统布局如图6所示。该系统包罗锅炉补给水处置、工业废水处置、清水站和分析水泵房节制。采用保守I/O与Profibus现场总线相连系的节制编制。

图6 电厂水网现场总线节制系统布局图

  
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