現(xiàn)場總線技術(shù)在核電中的應(yīng)用

　　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)的特點以及在TXP＋TXS系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　
　　2.1PROFUBUS總線技術(shù)的特點：
　　
　　獨立的市場研究證實，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\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：
　　
　　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
　　
　　強有力的工具，減少組態(tài)和維護(hù)費用
　　
　　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：
　　
　　基于擴展的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：
　　
　　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)　　　　
　　整個TXP+TXS系統(tǒng)的信息是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸?shù)模W(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(wǎng)關(guān)實現(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)不同的功能計算機之間的通訊是通過PROFIBUS總線來實現(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)。　　　　
　　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，實現(xiàn)電信號收發(fā)功能，實現(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)和機組的保護(hù)、閉環(huán)控制等。　　　　
　　1）AP經(jīng)柜內(nèi)總線與安裝在柜內(nèi)子機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)。