四、電站EFCS的設計實現

4.1 電站 EFCS設計中需注意的問題

針對電站ECS的主要特點，在設計電站EFCS時，應注意以下問題：

1) 選用的現場總線系統應具有較強的數字控制功能;

2) 選用的現場總線系統應具有較強的自診斷功能;

3) 選用的現場總線通信鏈路應具有較高的數據傳輸速率，以滿足ECS控制實時性的需要;

4) 選用的現場總線智能前端設備應具有強的抗電磁干擾能力和高的可靠性。

4.2 電站EFCS設計的主要功能和系統結構

針對電站ECS的監控范圍，所設計的電站EFCS應具有以下功能：

1) 所有有關的電氣設備進行控制、聯鎖，能對各有關電氣參數進行測量，并能在操作畫面上顯示各設備運行的狀態和工況;

2) 具有發變組及各配電設備的事故、預告、保護動作后的報警、顯示、歷史記錄和追憶等功能;

3) 發電機順控自動升壓、自動準同期并網;

4) 發電機主、備勵磁機之間的自動切換操作;

5) 廠用電可根據負荷自動切換

依據以上主要功能，設計的電站EFCS具有如下三層結構，如圖1所示。最上層采用數據庫服務器與DCS控制層以太網連接，使電站EFCS成為DCS有機的組成部分，且該部分具有很高的靈活性。中間層采用冗余以太網將服務器、電氣工程師站、EFCS控制器連接起來，使該層具有較高的通信速率，以保證系統整體控制的實時性;低層采用現場總線與位于現場的智能電氣設備連接，劃分為6KV網段、380VPC網段和發變組保護及錄波設備網段。發變組測控裝置與中間層以太網直接連接，可為三個網段的控制提供數據信息。

4.3 電站EFCS設計實例

某300MW機組電站，設計基于PROFIBUS-DP網絡的EFCS，該EFCS子系統很容易與DCS實現無縫連接。在此僅以該EFCS通過 PROFIBUS-DP網絡實現對變頻器及現場智能電機的控制為例來說明設計過程。PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現場總線，也是目前數據傳輸率最快的一種現場總線(傳輸率可達12Mbit/s)，因此在很多領域內得到了廣泛 的應用。它由三個兼容部分組成，即PROFIBUS—DP、PROFIBUS—PA 和PROFIBUS—FMS。其中，在PROFIBUS—DP 數據傳輸速率、效率和低連接成本方面特別適用于電站電氣控制系統的通信。使用PROFIBUS—DP可取代24V(DC)或4～20mA信號傳輸。 PROFIBUS—DP用于現場的快速數據交換時，以中央自動化設備(如PLC/PC或過程控制系統)為主站，通過串行連接與分散的現場設備(如 I/O、驅動器和閥門及測量變送器)組成通信網絡。

1)系統結構

該廠300MW機組采用北京國電智深公司的EDPF-NT DCS系統，原DCS主干網絡采用100M冗余以太網，用于連接各分散控制單元DPU和操作員站及工程師站，網絡拓撲結構為星型連接，中央節點采用高性能交換機，從而保證了各站點間數據交換的實時性。所設計的電氣EFCS通過與該DCS分散控制單元DPU內的PROFIBUS-DP現場總線網絡接口設備實現與上層DCS系統的無縫連接。整體系統具有三層網絡，上層為100M冗余以太網;DPU冗余主控模件通過PROFIBUS-DP現場總線網絡接口設備以及Controlnet與PROFIBUS-DP主站連接，構成中層網絡;低層網絡為PROFIBUS-DP現場總線，用于連接PROFIBUS-DP主站和智能電機及變頻器等從設備，共使用了兩個獨立的PROFIBUS網段，其中一段通過控制智能電機，另外一段與變頻器進行通訊。系統結構如圖2所示。

2)系統組態

為實現與DCS互連的PROFIBUS總線網絡與變頻器及智能電機的通訊及控制，需利用DCS工程師站來完成PROFIBUS的網絡組態工作。主要包括以下四個方面的組態設計：

① 現場總線網絡組態：主要從PROFIBUS總線網絡主站、從站的通訊速率、從站數量、冗余安全幾個方面考慮。考慮到位于現場的變頻器與智能電機的通訊速率不同，為了防止變頻器受到干擾，將變頻器與智能電機布置在不同的網段;

② PROFIBUS 總線系統模件的連接：將變頻器和智能電機通過PROFIBUS與系統中的PROFIBUS主站模塊相連接。PROFIBUS總線網絡的組態信息存儲在該主站的NVRAM中，從而可以支持掉電重啟自恢復對各從站設備的配置。

③ 下載安裝PROFIBUS 總線系統從站GSD：為達到PROFIBUS簡單的即插即用配置，每一個PROFIBUS從站都要有一個設備描述文件”稱為GSD文件，用來描述該 PROFIBUS-DP設備的特性，PROFIBUS設備的特性均在GSD中具體說明。GSD文件包含了設備所有定義參數，包括：支持的波特率、支持的信息長度、輸入/輸出數據數量、診斷數據的含義、可選模塊種類等。建立PROFIBUS-DP總線，必須下載安裝設備GSD文件。標準化的GSD數據將通信擴大到操作員控制級。使用基于GSD的組態工具可將不同廠商生產的設備集成在同一總線系統中。既簡單又是對用戶友好的。GSD文件可以分為三個部分：

◆ 一般規范 這部分包括生產廠商和設備的名稱，硬件和軟件的版本狀況，支持的波特率一可能的監視時間問隔以及總線插頭的信號分配;

◆ 與DP主站有關的規范這部分包括只運用于DP主站的各項參數(如連接從站的最多臺數或上裝和下裝能力)。這一部分對從站沒有規定;

◆ 與DP從站有關的規范 這部分包括與從站有關的一切規范(如輸入/輸出通道的數量和類型、中斷測試的規范以及輸入/輸出數據一致性的信息)。

GSD文件是ASCII文件.可以用任何一種ASCII編輯囂編輯。GSD文件是由若干行組成，每行都用一個關鍵字開頭，包括關鍵字及參數(無符號數或字符串)兩部分。GSD文件中的關鍵字可以是標準關鍵字(在PROFIBUS標準中定義)或自定義關鍵字。標準關鍵字可以被PROFIBUS的任何組態工具所識別，而自定義 關鍵字只能被特定的組態工具識別。

作為從站使用的變頻器及智能電機都有廠商提供的GSD文件，需要先安裝相應的GSD文件后方可進行系統軟組態。

④ PROFIBUS現場總線系統組態：將PROFIBUS主站及從站分別加入到現場總線網絡中;設置主站、從站的網絡地址，為各從站組態相應的控制模塊，配置主要運行參數。根據工藝流程需要和避免電磁干擾，通過總線接口卡件組成兩個獨立的PROFIBUS現場總線網絡，將現場電氣設備連接到這兩段不同的 PROFIBUS網絡中，并使用 PROFIBUS組態軟件完成兩個網段的組態。