現場總線技術PROFIBUS在核電站的應用
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4 PROFIBUS現場總線系統(tǒng)的應用
4．1 T×S系統(tǒng)數據通信的硬件結構設計
T×S數據通信主要由SL21、SCP1兩種通信模塊完成（如圖2所示），當安全指令在冗余通道中或在冗余通道之間進行傳輸時，SL21負責冗余通道之間的處理模塊（SVE1）通信，SCP1用于與工業(yè)以太網進行數據傳輸，同時還可以用于MSI（監(jiān)視服務界面）或Gateway與其它信息系統(tǒng)的通信。由于核電廠主要工藝設備包括反應堆、一次回路、蒸汽發(fā)生器、二次回路、穩(wěn)壓器、水泵等。主要測量儀表包括中子通量探測、壓力變送器、差壓變送器、液位計、流量計、溫度等；另外還有大量的電動調節(jié)閥、電磁閥、電機等。這樣的系統(tǒng)可以采用PROFIBUS總線來完成監(jiān)控任務。我們知道現場數據采集系統(tǒng)有數字量信號、模擬量信號（4-20mA），從現場采集的標準信號經過信號調理分配單元后送到信號處理單元進行邏輯處理，再由邏輯處理單元經過PROFIBUS的SINEC L2 Bus傳送給四取二邏輯表決單元，因為系統(tǒng)采用的是冗余結構，邏輯表決單元將表決信號經硬接線傳送給優(yōu)先模件AV42，由優(yōu)先模件驅動執(zhí)行機構。
對于這樣的系統(tǒng)，我們可以采用遠程I／O加智能DP／PA儀表的方式來實現，采用IP65／67防護等級的ET200X遠程I／O來采集主要設備的工藝參數，IP65／67防護等級的ET2OOX直接安裝在現場，同時ET200X提供模塊化的閥門模塊和馬達模塊，通過安裝在現場的開關設備集中監(jiān)控電動調節(jié)閥、電磁閥、電機等執(zhí)行設備，再由checkback信號到優(yōu)先模件，經過SINEC L2 Bus通訊。其他的電機可以通過SIMOCODE連接到PROFIBUS—DP。所有的儀表都通過DP或PA總線連接到系統(tǒng)中。
4．2 T×S系統(tǒng)數據通信的軟件設計
4．2．1 PROFIBUS
PROFIBUS是標準化的獨立用戶的總線系統(tǒng)，用于底層的通信。所用技術適用于大多數通信設備。根據不同的要求，PROFIBUS具有不同的協議內容。T×S 中采用PRCIFIBUSFDL，主要原因是T×S的四通道冗余要求所有信號的獨立性和多樣化，同時能夠使得協議簡單化。
4．2．2 Gateway的軟件設計
TXS系統(tǒng)中主要的通信軟件都在Gateway上運行（如圖3所示），在Gateway中TXS的輸出程序周期性的執(zhí)行，并在緩沖區(qū)中存儲來自MSI信號，這些信號可借助數據庫的一些功能被讀出。運行周期由實時環(huán)境控制，實時環(huán)境運用DLPI數據庫的一些功能和TXS系統(tǒng)進行通信。TXS輸出程序不占用全部Gateway的計算時間，有一部分的計算時間是用于轉換程序的運行，轉換程序將TXS的信號轉換成TXP的數據格式，以便相關設備調用。
轉換程序的同步任務要求轉換程序和TXS的實時運行環(huán)境同步（即在同一周期中運行），并利用DLPI數據庫獲取過程數據或把操作信息傳輸至相應的系統(tǒng)。過程數據儲存在緩沖器（PI bufer）中，這個緩沖器也用于儲存來自TXP的操縱員指令或過程信號，并且還進行信息列的管理。控制表（Control Table）用于 定義數據在PI緩沖器中的存儲區(qū)域，通過一些指令翻譯器可將控制表讀出。轉換程序的非同步任務是指和TXS系統(tǒng)不同步。主要完成PI緩沖器中的數據向過程數據塊的發(fā)送，或過程數據塊中的數據向PI緩沖器的發(fā)送。這種過程數據塊的發(fā)送和接收是根據非同步任務請求來進行的。
5 PROFIBUS現場總線系統(tǒng)的應用現狀及發(fā)展前景
電力行業(yè)是一個自動化程度非常高的行業(yè)，如主機DCS系統(tǒng)、核安全儀控系統(tǒng)以及主要輔機程控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都存在可靠性要求高、監(jiān)控設備和對象多而復雜、實時性要求高等特點。特別是主機DCS 系統(tǒng)，涉及數百臺壓力和差壓變送器，數百臺電動或啟動執(zhí)行機構，數百個溫度測點，系統(tǒng)要進行復雜的閉環(huán)控制、串級控制、三沖量控制、比率控制，要進行設備連鎖控制，要進行復雜的反應堆停堆、APC、中子通量控制。所有這些都需要有高可靠性的控制系統(tǒng)來保證整個生產過程的安全、穩(wěn)定、可靠運行。
目前制約基于現場總線的控制系統(tǒng)在電廠應用主要問題包括以下幾個方面：①支持現場總線的智能設備造成初期投資的提高；②有些設備和儀表不帶總線接口；⑧哪些設備、儀表信息可以傳送；④系統(tǒng)結構如何變化，如何構筑一個基于現場總線的控制系統(tǒng)；⑤通訊是否可靠；⑥設備選型的局限性。
對于新建核電廠，選用帶總線接口的儀表、執(zhí)行機構、變頻器、智能馬達控制器、閥門定位器等的條件已經成熟，因為很多知名的儀表、設備制造商如：SIEMENS、ABB、EMERSON等都可以提供多種可供選擇的成熟的帶總線接口的系統(tǒng)和設備，而且價格也越來越與常規(guī)智能設備接近。而且基于HART協議連接變送器的結構已經在很多電廠獲得應用，在集中校驗、提高采集精度等方面取得用戶的好評。而現場總線是比HART協議更全面的總線，因此具有更好的應用前景。在新建電廠的DCS、FGD DCS和輔機程控系統(tǒng)都可以采用現場總線系統(tǒng)，并且已經有很多非常成功的應用。
對于老核電廠的改造系統(tǒng)，由于大量采用非智能儀表和執(zhí)行機構， 全面更換、更新可能性很小，對于這樣的系統(tǒng)，PROFIBUS也可以提供很好的解決方案?？梢圆捎眠h程I／O的方式，通過常規(guī)I／O模塊采集非智能儀表的信號，然后通過PROFIBUS—DP總線連接到中央控制器。儀表和執(zhí)行機構可以按設備生命周期逐批更換。
6 結束語
PROFIBUS總線在國內電力系統(tǒng)中也有很多應用，如江蘇連云港田灣核電站全數字化儀控采用PROFIBUS總線，夏港電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，韓峰電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線， 浙江秦山一期正在改造為T×S系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，山東萊程電廠DCS系統(tǒng)以及華能玉環(huán)電廠主廠房外補給水系統(tǒng)均采用了PROFIBUS—DP總線結構。
參考文獻
[1]姚遠，劉國良．工業(yè)局域網SINEC L2的特點與應用[D]北京：北京航空航天大學
液位計相關文章:磁翻板液位計原理
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