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現(xiàn)場總線技術(shù)在核電中的應(yīng)用

   2011年12月02日 10:40  
  摘要:隨著美國西屋公司AP1000以及法瑪通公司EPR在*三代核電項目的中標(biāo)以及嶺澳二期等一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)百萬核電項目的開工建設(shè),對于百萬千瓦級全數(shù)字化核電站控制系統(tǒng)的深入研究越發(fā)顯得重要,如何將現(xiàn)場總線技術(shù)安全應(yīng)用到核電控制系統(tǒng)中從而降低成本,提高控制系統(tǒng)開放性成了一個我們必須考慮的問題。本文簡要介紹了現(xiàn)場總線的發(fā)展歷史以及PROFIBUS現(xiàn)場總線在嶺澳二期TXP+TXS系統(tǒng)中的具體應(yīng)用和優(yōu)勢。
  
  1.現(xiàn)場總線的發(fā)展歷史以及現(xiàn)場總線在核電站中的應(yīng)用
  
  1.1現(xiàn)場總線的發(fā)展歷史:
  
  1984年,美國儀表協(xié)會(ISA)下屬的標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施工作組中的ISA/SP50開始制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn);1985年,電工委員會決定由ProwayWorkingGroup負(fù)責(zé)現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作;1986年,德國開始制定過程現(xiàn)場總線(ProcessFieldbus)標(biāo)準(zhǔn),簡稱為PROFIBUS,由此拉開了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)制定及其產(chǎn)品開發(fā)的序幕。1992年,由Siemens,Rocemount,ABB,F(xiàn)oxboro,Yokogawa等80家公司聯(lián)合,成立了ISP(InteroperableSystemProtocol)組織,著手在PROFIBUS的基礎(chǔ)上制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。1993年,以Honeywell,Bailey等公司為首,成立了WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol)組織,有120多個公司加盟該組織,并以法國標(biāo)準(zhǔn)FIP為基礎(chǔ)制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。1994年,ISP和WorldFIP的北美分部合并成立了現(xiàn)場總線基金會(FieldbusFoundation簡稱FF),推動了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)品開發(fā),并于1996年*季度頒布了低速總線H1的標(biāo)準(zhǔn),安裝了示范系統(tǒng),將不同廠商的符合FF規(guī)范的設(shè)備互連構(gòu)成控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò),使H1低速總線開始步入實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。它們大都在某些公司標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上逐漸形成,并得到其他公司、廠商、用戶及組織的支持。如德國Bosch公司推出的CAN(ControlAreaNetwork),美國Echelon公司推出的LonWorks等。
  
  1.2現(xiàn)場總線在核電站中的應(yīng)用:
  
  中國田灣核電站以及嶺澳二期百萬千瓦級機(jī)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(shù)。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FOUNDATIONFIELDBUS。
  
  2.PROFUBUS總線技術(shù)的特點(diǎn)以及在TXP+TXS系統(tǒng)中的應(yīng)用
  
  2.1PROFUBUS總線技術(shù)的特點(diǎn):
  
  獨(dú)立的市場研究證實(shí),PROFIBUS在歐洲是市場的,且在世界范圍內(nèi)有zui高的增長率。在1997年已安裝的PROFIBUS基本設(shè)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?fù)湓谶\(yùn)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(zhì)安全區(qū)也如此。
  
  PROFIBUS是的開放的現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)區(qū)域容易組合,因為FMS/DP使用相同的物理介質(zhì)(RS-485/FO),因此它們能組合在同一根電纜上。
  
  2.1.1PROFIBUS-DP的特點(diǎn):
  
  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(shù)據(jù)和1千字節(jié)的輸出數(shù)據(jù)所需時間
  
  強(qiáng)有力的工具,減少組態(tài)和維護(hù)費(fèi)用
  
  被所有主要的PLC制造商支持
  
  有廣泛的產(chǎn)品:PLC,PC,I/O,驅(qū)動器,閥,編碼器等
  
  允許周期性和非周期性的數(shù)據(jù)傳輸
  
  單主和多主網(wǎng)絡(luò)
  
  每個站的輸入和輸出數(shù)據(jù)zui多可達(dá)244字節(jié)
  
  2.1.2PROFIBUS-PA的特點(diǎn):
  
  基于擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議和IEC1158-2傳輸技術(shù)
  
  適用于代替現(xiàn)今的4,20mA技術(shù)
  
  僅用一根雙絞線進(jìn)行數(shù)據(jù)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(zhì)安全的EEx應(yīng)用區(qū)域
  
  可靠的串行數(shù)字傳輸
  
  通過一根雙絞電纜進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視
  
  對所有設(shè)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(hù)和診斷信息
  
  2.1.3PROFIBUS-FMS的特點(diǎn):
  
  FMS*適用于車間級智能主站間通用的、面向?qū)ο蟮耐ㄐ?br />  
  FMS提供一個MMS-功能子集(MMS即ManufacturingMessageSpecification,ISO9506)
  
  主要應(yīng)用區(qū)域:
  
  大數(shù)量的數(shù)據(jù)傳輸,例如程序、數(shù)據(jù)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
  
  2.2PROFIBUS在嶺澳二期TXP+TXS系統(tǒng)中的應(yīng)用
  
  2.2.1PROFIBUS在系統(tǒng)中做為系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)
  
  圖1EPERMXP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  
  整個TXP+TXS系統(tǒng)的信息是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)?,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如上圖1。網(wǎng)絡(luò)由兩種總線系統(tǒng)SINECH1-FO(構(gòu)成以太網(wǎng))和SINECL2-FO(構(gòu)成PROFIBUS-DP)組成。SINECH1FO使用光纜作為傳輸介質(zhì)。SINECL2-FO采用PROFIBUS,是一種高速而廉價通信連接,可實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸,適用于自動控制系統(tǒng)和在設(shè)備級分散的IO之間的通信。SINECL2-FO(PROFIBUS)總線系統(tǒng)用于正常運(yùn)行系統(tǒng)儀控設(shè)備與安全系統(tǒng)儀控設(shè)備之間、正常運(yùn)行系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間、TXP系統(tǒng)自動控制機(jī)柜處理器部件之間的信息傳輸。另外還通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)從安全系統(tǒng)到OM690系統(tǒng)的信息傳輸。SINECL2-FO*基于PROFIBUS過程現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)子集。它的傳輸速率為1.5Mbps。TXS中的數(shù)據(jù)通信也是由SINECH1FO總線和PROFIBUS總線系統(tǒng)構(gòu)成,TXS系統(tǒng)不同的功能計算機(jī)之間的通訊是通過PROFIBUS總線來實(shí)現(xiàn),MSI系統(tǒng)通過SINECH1FO總線收集保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù),再通過網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋XP系統(tǒng)。
  
  圖2TXS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
  
  上圖1.2為TXS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(其中紅線為PROFIBUSDP通訊,綠線為SINECH1FO通訊),SLLM模件用于PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)(SINECL2)星型耦合器,實(shí)現(xiàn)電信號收發(fā)功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
  
  2.2.2PROFUBUS在自動化系統(tǒng)AS620B中的應(yīng)用
  
  自動化系統(tǒng)AS620B是TXP系統(tǒng)自動功能的基本系統(tǒng),硬件基礎(chǔ)是自動處理器AP。AS620B可完成一般的自動任務(wù),如系統(tǒng)和機(jī)組的保護(hù)、閉環(huán)控制等。
  
  圖3AS620B自動化系統(tǒng)
  
  1)AP經(jīng)柜內(nèi)總線與安裝在柜內(nèi)子機(jī)架上的功能模件連接,構(gòu)成集中式結(jié)構(gòu)。
  
  2)AP經(jīng)PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與安放在現(xiàn)場設(shè)備附近的信號模件連接,構(gòu)成分散式結(jié)構(gòu)。
  
  3)AP經(jīng)PROFIBUS-DP/PA轉(zhuǎn)換,通過串行總線聯(lián)接儀器儀表與控制系統(tǒng)。

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