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News center現場總線技術在百萬級核電中的應用 |
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作者：admin 來源：本站 發(fā)表時間：2012/11/5 8:37:27 點擊：3625
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現場總線技術在百萬級核電中的應用 關鍵字：現場總線 PROFIBUS PROFIBUS-DP 1.現場總線的發(fā)展歷史以及現場總線在核電站中的應用 1.1現場總線的發(fā)展歷史： 1984年，美國儀表協(xié)會（ISA）下屬的標準與實施工作組中的ISA/SP50開始制定現場總線標準；1985年，國際電工委員會決定由Proway Working Group負責現場總線體系結構與標準的研究制定工作；1986年，德國開始制定過程現場總線（Process Fieldbus）標準，簡稱為PROFIBUS，由此拉開了現場總線標準制定及其產品開發(fā)的序幕。1992年，由Siemens，Rocemount，ABB，Foxboro，Yokogawa等80家公司聯(lián)合，成立了ISP（Interoperable System Protocol）組織，著手在PROFIBUS的基礎上制定現場總線標準。1993年，以Honeywell，Bailey等公司為首，成立了World FIP（Factory Instrumentation Protocol）組織，有120多個公司加盟該組織，并以法國標準FIP為基礎制定現場總線標準。1994年，ISP和World FIP的北美分部合并成立了現場總線基金會（Fieldbus Foundation簡稱FF），推動了現場總線標準的制定和產品開發(fā)，并于1996年第一季度頒布了低速總線H1的標準，安裝了示范系統(tǒng)，將不同廠商的符合FF規(guī)范的設備互連構成控制系統(tǒng)和通訊網絡，使H1低速總線開始步入實用階段。與此同時，在不同行業(yè)還陸續(xù)派生出一些有影響的總線標準。它們大都在某些公司標準的基礎上逐漸形成，并得到其他公司、廠商、用戶及國際組織的支持。如德國Bosch公司推出的CAN（Control Area Network），美國Echelon公司推出的LonWorks等。 1.2 現場總線在核電站中的應用： 中國田灣核電站以及嶺澳二期百萬千瓦級機組控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的TXP+TXS，使用PROFIBUS總線技術。浙江三門核電的非安全級控制將采用西屋公司的OVATION控制系統(tǒng)，將采用FF總線，也就是FOUNDATION FIELDBUS。 2．PROFUBUS總線技術的特點以及在TXP＋TXS系統(tǒng)中的應用 2.1PROFUBUS總線技術的特點： 獨立的市場研究證實，PROFIBUS在歐洲是市場的領導者，且在世界范圍內有最高的增長率。在1997年已安裝的PROFIBUS基本設備超過了1,500,0001個，年增長到約20-30% 。PROFIBUS 使用兩端有終端的總線拓撲在運行期間，接入和斷開一個或幾個站不會影響其他站的工作，即使在本質安全區(qū)也如此。 PROFIBUS 是領先的開放的現場總線系統(tǒng)，共有PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三種類型，提供三種不同的物理層選擇: RS485:用于DP和FMS IEC1158-2:用于PA 光纖:用于DP和FMS PROFIBUS協(xié)議： PROFIBUS 總線訪問協(xié)議（第二層）對三種PROFIBUS 版本 (FMS/DP/PA)均相同 這使通信透明和FMS/DP/PA 網絡區(qū)域容易組合 因為FMS/DP 使用相同的物理介質(RS-485/FO) ，因此它們能組合在同一根電纜上。 2.1.1 PROFIBUS-DP 的特點: 代替PLC/PC與I/O之間昂貴的電線 快速，傳輸1千字節(jié)的輸入數據和1千字節(jié)的輸出數據所需時間<2 ms 強有力的工具，減少組態(tài)和維護費用 被所有主要的PLC制造商支持 有廣泛的產品:PLC,PC,I/O,驅動器,閥,編碼器等 允許周期性和非周期性的數據傳輸 單主和多主網絡 每個站的輸入和輸出數據最多可達244 字節(jié) 2.1.2 PROFIBUS-PA 的特點： 基于擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議和IEC1158-2 傳輸技術 適用于代替現今的4，20mA技術 僅用一根雙絞線進行數據通信和供電 通過串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng) 適用于本質安全的EEx 應用區(qū)域 可靠的串行數字傳輸 通過一根雙絞電纜進行控制、調節(jié)和監(jiān)視 對所有設備只需一個工程工具 由于PROFIBUS-PA行規(guī)，保證了互操作性和互換性 儀器儀表的維護和診斷信息 2.1.3 PROFIBUS-FMS的特點: FMS最佳適用于車間級智能主站間通用的、面向對象的通信 FMS提供一個MMS-功能子集（MMS 即ManufacturingMessageSpecification,ISO9506) 主要應用區(qū)域: 大數量的數據傳輸，例如程序、數據塊等等 若干個分散過程部分集成到一個公共過程中 智能站間的通信 2.2 PROFIBUS在嶺澳二期TXP＋TXS系統(tǒng)中的應用 2.2.1 PROFIBUS在系統(tǒng)中做為系統(tǒng)傳輸網絡
圖1TELEPERM XP系統(tǒng)結構圖 整個TXP+TXS系統(tǒng)的信息是通過網絡技術傳輸的，網絡結構如上圖1。網絡由兩種總線系統(tǒng)SINEC H1-FO（構成以太網）和SINEC L2-FO（構成PROFIBUS－DP）組成。SINECH1 FO使用光纜作為傳輸介質。SINEC L2-FO采用PROFIBUS，是一種高速而廉價通信連接，可實現高速數據傳輸，適用于自動控制系統(tǒng)和在設備級分散的IO之間的通信。SINEC L2-FO（PROFIBUS）總線系統(tǒng)用于正常運行系統(tǒng)儀控設備與安全系統(tǒng)儀控設備之間、正常運行系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間、TXP系統(tǒng)自動控制機柜處理器部件之間的信息傳輸。另外還通過網關實現從安全系統(tǒng)到OM690系統(tǒng)的信息傳輸。SINEC L2-FO完全基于PROFIBUS過程現場總線標準子集。它的傳輸速率為1.5 Mbps。TXS中的數據通信也是由SINEC H1 FO總線和PROFIBUS總線系統(tǒng)構成，TXS系統(tǒng)不同的功能計算機之間的通訊是通過PROFIBUS總線來實現，MSI系統(tǒng)通過SINEC H1FO總線收集保護系統(tǒng)的數據，再通過網關把數據傳輸到TXP系統(tǒng)。
圖2 TXS系統(tǒng)的網絡結構圖 上圖1.2為TXS的網絡結構圖（其中紅線為PROFIBUS DP通訊，綠線為SINEC H1 FO通訊），SLLM模件用于PROFIBUS總線網絡（SINEC L2）星型耦合器，實現電信號收發(fā)功能，實現數據的傳輸。 2.2.2 PROFUBUS在自動化系統(tǒng)AS620 B中的應用 自動化系統(tǒng)AS620 B是TXP系統(tǒng)自動功能的基本系統(tǒng)，硬件基礎是自動處理器AP。AS620B可完成一般的自動任務，如系統(tǒng)和機組的保護、閉環(huán)控制等。
圖3 AS620B自動化系統(tǒng) 1）AP經柜內總線與安裝在柜內子機架上的功能模件連接，構成集中式結構。 2）AP經PROFIBUS-DP現場總線與安放在現場設備附近的信號模件連接，構成分散式結構。 3）AP經PROFIBUS-DP/PA轉換，通過串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng)。 2.2.3 PROFIBUS連接外圍輔助系統(tǒng)PLC 核電廠內的公用系統(tǒng)，比如儀用空氣壓縮系統(tǒng)等采用PLC實現控制并需要與全廠控制系統(tǒng)交換數據的系統(tǒng)均通過PROFIBUS連接到TXP，由PROFIBUS提供實時數據傳遞和交換。 3.在百萬千瓦級核電站中使用現場總線的明顯優(yōu)勢： １．可以大量減少隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜子；這樣就節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間； ２．由于減少了D/A及A/D變換數量，使精度可以得到提高； ３．減少電纜的用量，大量減少了由傳統(tǒng)的就地儀表到控制機柜硬接線數量，費用可以大大降低； ４．可以產生先進的、智能化現場儀表，如多變量變送器和執(zhí)行器等，使維修預報成為可能； 5．免除主機入口處的“瓶頸”現象，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性?同時也可使主機騰出手來從事優(yōu)化等工作以提高效益； 6．組態(tài)簡單，安裝、運行、維護簡便； 7．用戶可以自己擇優(yōu)選擇，達到最佳集成； 8. 打破了DCS的封閉性，增加了開放性以及兼容性，將現場總線控制系統(tǒng)（FCS）的優(yōu)勢引入。 4.結束語： 核電站應用現場總線可提高儀控系統(tǒng)的可靠性，安全性；克服DCS系統(tǒng)的封閉性，降低成本提高電站的經濟效益，減少運行、維修費用；有利于設計、維修和備品備件的管理；提高了工作效率和管理水平。現場總線技術應用到核電站領域的好處是顯而易見的。但是，由于核電站特別是核島的特殊工作環(huán)境，高溫，高壓同時伴有放射性輻射，出于環(huán)境，安全性以及冗余后備的考慮，一些核島內系統(tǒng)包括反應堆保護以及多樣化停堆系統(tǒng)仍然大量采用硬接線的方式，畢竟核安全是我們必須確保的。同時在百萬級核電中我們看到可能需要同時使用幾種現場總線，兼容性與接口也是需要考慮的課題。 |
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