現(xiàn)場總線技術在核電中的應用

　　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以及嶺澳二期等一批具有自主知識產權的國產百萬核電項目的開工建設，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)場總線技術安全應用到核電控制系統(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）下屬的標準與實施工作組中的ISA/SP50開始制定現(xiàn)場總線標準；1985年，電工委員會決定由ProwayWorkingGroup負責現(xiàn)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(xiàn)場總線（ProcessFieldbus）標準，簡稱為PROFIBUS，由此拉開了現(xiàn)場總線標準制定及其產品開發(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的基礎上制定現(xiàn)場總線標準。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，并以法國標準FIP為基礎制定現(xiàn)場總線標準。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)場總線標準的制定和產品開發(fā)，并于1996年*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(wǎng)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FOUNDATIONFIELDBUS。
　　
　　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，且在世界范圍內有zui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。
　　
　　2.1.1PROFIBUS-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(shù)據(jù)傳輸
　　
　　單主和多主網(wǎng)絡
　　
　　每個站的輸入和輸出數(shù)據(jù)zui多可達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
　　
　　適用于代替現(xiàn)今的4，20mA技術
　　
　　僅用一根雙絞線進行數(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)
　　
　　適用于本質安全的EEx應用區(qū)域
　　
　　可靠的串行數(shù)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
　　
　　2.1.3PROFIBUS-FMS的特點：
　　
　　FMS*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(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)中的應用
　　
　　2.2.1PROFIBUS在系統(tǒng)中做為系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡　　　　
　　整個TXP+TXS系統(tǒng)的信息是通過網(wǎng)絡技術傳輸?shù)模W(wǎng)絡結構如上圖1。網(wǎng)絡由兩種總線系統(tǒng)SINECH1-FO（構成以太網(wǎng)）和SINECL2-FO（構成PROFIBUS－DP）組成。SINECH1FO使用光纜作為傳輸介質。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(wǎng)關實現(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)場總線標準子集。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總線收集保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，再通過網(wǎng)關把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絋XP系統(tǒng)。　　　　
　　上圖1.2為TXS的網(wǎng)絡結構圖（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（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。　　　　
　　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(xiàn)場總線與安放在現(xiàn)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)。