徐  柯

1  前言
現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式，串行、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)，是用于現場(chǎng)儀表與控制系統和控制室之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信系統。具有開(kāi)放性強，可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通信速率快，系統安全符合環(huán)境保護要求，造價(jià)低廉，維護成本低的特點(diǎn)。
華能重慶珞璜電廠(chǎng)的#33，#34機組是從法國ALSTOM公司引進(jìn)的360MW燃煤?jiǎn)卧茩C組，采用法國CEGELEC公司的P320控制系統進(jìn)行機組的啟?？刂?。在P320控制系統的過(guò)程控制級上使用了符合WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統――F900網(wǎng)絡(luò )和LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )。
2  F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
2.1  珞璜電廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )結構
ALSPA P320控制系統使用了三種網(wǎng)絡(luò )：CONTRONET網(wǎng)絡(luò )，SYCOWAY F900網(wǎng)絡(luò )及LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )。其中后兩種網(wǎng)絡(luò )為符合WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，P320控制系統的所有網(wǎng)絡(luò )均為雙冗余結構，華能珞璜電廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)圖參見(jiàn)圖1。

 
圖1  華能珞璜電廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)圖

CONTRONET網(wǎng)絡(luò )即以太網(wǎng)，屬于局域網(wǎng)。其拓撲結構為總線(xiàn)形。網(wǎng)絡(luò )采用國際標準化組織的IEEE802.3局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )標準，使用TCP/IP、UDP、VCA等通迅協(xié)議，采用自由競爭的廣播方式進(jìn)行數據通信，傳輸線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)采用CSMA/CD技術(shù)，即載波偵聽(tīng)、多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測技術(shù)。采用同軸電纜10BASE5粗纜傳送信息、網(wǎng)絡(luò )的最大長(cháng)度不超過(guò)2500m。傳輸速率為10Mbps。
F900網(wǎng)是一個(gè)基于FIP標準（UTE C64 601-607）的工業(yè)局域網(wǎng)，它把CONTROBLOC和CENTRALOG監控系統連接在一起。F900網(wǎng)處理三種類(lèi)型的數據：CONTROBLOC自動(dòng)化單元之間交換的數據，CONTROBLOC自動(dòng)化單元和CENTRALOG監控系統之間交換的數據、對C370控制器進(jìn)行組態(tài)和調試的相關(guān)數據。第一種數據通信是在CONTROBLOC層中同級進(jìn)行的周期性數據交換，后兩種數據通信是在CONTROBLOC層與CENTRALOG層之間上下進(jìn)行的周期性或非周期性的數據交換，如控制、監視和組態(tài)。F900網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構為總線(xiàn)型，傳輸線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)采用令牌傳送的廣播方式，在線(xiàn)編碼采用曼徹斯特2，幀長(cháng)度248字節。它采用雙冗余結構，使用雙絞線(xiàn)，最大長(cháng)度可達4公里，最多可接64個(gè)用戶(hù)，傳輸速率為1Mbps。
LOCAFIP用于連接C370控制器和CE2000 I/O裝置，與F900網(wǎng)相同，也采用FIP標準（UTE C64 601-607），遵循FIP-MPS+MS協(xié)議，使用雙冗余的雙絞線(xiàn)，最大長(cháng)度可達4公里，最多可接14個(gè)用戶(hù)，傳輸速率為1M bps。LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )的功能是實(shí)現C370控制器與I/O模塊之間的數據通信。
華能珞璜電廠(chǎng)的單元制機組，采用雙冗余的數據采集服務(wù)器(CIS)，12對冗余的C370控制器，在數據采集器和C370控制器之間由SYCOWAY F900現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接，每個(gè)控制器中由LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接3個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)通訊模塊UT129，構成一個(gè)多點(diǎn)、多站、智能化、雙向通訊、全數字化、分散的電廠(chǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )結構。
2.2  F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
P320控制系統中的F900和LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )是符合WorldFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統，媒體介質(zhì)均采用雙絞線(xiàn)，為冗余結構，在故障時(shí)冗余網(wǎng)絡(luò )能自動(dòng)切換。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )的通信結構均按ISO(國際標準化組織)的OSI(開(kāi)放系統基本參考模型)分為三層，即第一層物理層，第二層數據鏈路層，第七層應用層。在電站的實(shí)際應用中，F900網(wǎng)絡(luò )用以管理C370控制器之間的數據交換及C370控制器與上位機CENTRALOG之間的通信。LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )用以在C370控制器與過(guò)程I/O卡件之間進(jìn)行雙向的數字通信。
2.2.1  F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議通信結構和標準
(1)  F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的通信結構
F900和LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議采用WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的通訊結構。整個(gè)協(xié)議的通信結構分三層，物理層、數據鏈路層及應用層。物理層采用總線(xiàn)型的拓撲結構；傳輸速率為WorldFIP標準高速傳輸速率1Mbps。物理編碼為曼切斯特編碼;設備包括：JB(接線(xiàn)盒)、TAP(抽頭)、Repeater(中繼器)、DB(擴展盒)、DS(本地可斷開(kāi)的用戶(hù)站)及NDS(非本地可斷開(kāi)的用戶(hù)站)。幀編碼為包括幀開(kāi)始序列，數據和檢驗字段和幀結束序列。數據鏈路層，尋址方式為變量尋址和報文尋址；為應用層和物理層接口采用緩沖區傳送和介質(zhì)地址分配機制，使用總線(xiàn)仲裁，生產(chǎn)者/使用者功能。應用層提供總線(xiàn)仲裁器應用服務(wù)，實(shí)現周期/非周期服務(wù)，報文服務(wù)。F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊結構參見(jiàn)圖2。

 
圖2  F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊結構圖

(2)  F900和LOCAFIP總線(xiàn)參照的標準
F900和LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )符合以下的相關(guān)的標準內容：
EN50170-volume 3-Part 1-3：總線(xiàn)通訊系統綜述；
EN50170-volume 3-Part 2-3：物理層規范和定義；
           Sub Part 2-3-1：IEC雙絞線(xiàn)；
           Sub Part 2-3-2：IEC雙絞線(xiàn)附錄；
           Sub Part 2-3-3：IEC光纖；
EN50170-volume 3-Part 3-3：數據鏈路層服務(wù)定義；
           Sub Part 3-3-1：數據鏈路層定義；
           Sub Part 3-3-2：現場(chǎng)總線(xiàn)定義；
           Sub Part 3-3-3：網(wǎng)橋定義；
EN50170-volume 3-Part 5-3：應用層服務(wù)定義；
           Sub Part 5-3-1：MPS定義；
           Sub Part 5-3-2：SubMMS定義；
EN50170-volume 3-Part 6-3：應用層協(xié)議規范；
EN50170-volume 3-Part 7-3：網(wǎng)絡(luò )管理。
(3)  現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊原理
F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )引入信息的產(chǎn)生者(Producer)和接收者(Subscriber)的定義，及總線(xiàn)裁決的概念。在現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，網(wǎng)絡(luò )通信令牌在每個(gè)接收者中傳遞，通信令牌的位置由總線(xiàn)裁決器決定，當令牌到達每個(gè)接收者時(shí)，由接收者從信息幀的地址中判斷該信息是否為它所用，處理后將令牌傳送給下一個(gè)接收者，即采用令牌傳送的廣播方式，在網(wǎng)絡(luò )系統中，每個(gè)控制裝置均作為總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)站，可以執行總線(xiàn)裁決功能，但在某一時(shí)刻，只有一個(gè)站可以執行總線(xiàn)裁決功能。在一個(gè)令牌宏循環(huán)后，由MPS判斷接收者的有效性。
每個(gè)控制器中的信息以幀的形式在網(wǎng)絡(luò )上傳送，包括尋址幀和數據幀。尋址幀包括14位起始碼，8位通訊協(xié)議檢查碼，8-256位信息碼，16位傳送檢查碼和7位幀結束碼，用以判斷信息地址。數據幀包括網(wǎng)絡(luò )檢查碼、目標地址、源地址及數據字段。幀的傳遞由總線(xiàn)裁決器按特定的掃描表進(jìn)行。
應用層信息服務(wù)包括三種類(lèi)型―變量傳送(S)，系統信息傳送(ZS)及應用信息傳送服務(wù)(AS)。每種信息服務(wù)均由控制器程序產(chǎn)生，系統信息傳送，應用信息傳送服務(wù)由定制的變量傳送碼在網(wǎng)絡(luò )上傳輸。每種信息服務(wù)均按照周期性和非周期性的原則和各自的定義屬性在網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)或者是廣播式的傳送。
2.2.2  F900和LOCAFIP通訊裝置
P320控制系統中的F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，采用了滿(mǎn)足WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的通訊處理模件和過(guò)程控制模件，以及相關(guān)的收發(fā)器等硬件。在控制系統的配置上，通訊裝置均采用冗余結構，每種卡件均有自診斷功能，在故障時(shí)能自動(dòng)的無(wú)憂(yōu)切換。實(shí)踐證明，具有現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的P320控制系統，能實(shí)現符合現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的雙向數據通訊功能和過(guò)程處理功能，并且整個(gè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )投運至今，沒(méi)有發(fā)生過(guò)一處故障，具有很高的可靠性。F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的主要模件包括：F900和LOCAFIP網(wǎng)絡(luò )過(guò)程處理模件UT121，F900通訊模件S317，LOCAFIP通訊模件S316，CE2000層的數據處理和通訊模件UT129，F900網(wǎng)絡(luò )處理卡PA102。
(1)  UT121，主要功能為處理F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中數據流向，執行過(guò)程處理，總)線(xiàn)裁決功能，周期性和非周期性服務(wù)。
(2)  S317，作為總線(xiàn)數據的發(fā)送者發(fā)送總線(xiàn)控制器的信息到F900總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，并接收由上級網(wǎng)絡(luò )下傳的數據，并提供F900總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的變量尋址和報文尋址功能。
(3)  S316，作為總線(xiàn)數據的發(fā)送者發(fā)送總線(xiàn)控制器的信息到LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上，并接收由下級I/O及現場(chǎng)智能化儀表上傳的數字數據，并提供LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的變量尋址和報文尋址功能。
(4)  UT129，管理現場(chǎng)數據通訊，并通過(guò)LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將現場(chǎng)處理數字數據發(fā)送到現場(chǎng)處理控制器中，對其進(jìn)行過(guò)程處理。
(5)  PA102，用以在CIS(數據處理服務(wù)器)中，接收從F900總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的數字數據，并將上位機系統中產(chǎn)生的指令等數字量信號下傳到F900總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，管理CONTRONET以太網(wǎng)與F900總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之間的雙向數字通訊。
2.2.3  F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的軟件應用
P320控制系統的系列軟件，采用圖形化編程，提供P320控制系統的面向對象的集成應用軟件包P4，用戶(hù)可以直接通過(guò)編程維護工程師站P4對F900和LOCAFIP現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行組態(tài)、參數設置、網(wǎng)絡(luò )結構的定義、功能塊的鏈接、在線(xiàn)監視控制系統的設備狀態(tài)及故障報警及分析等。F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的軟件使用CEGELEC公司開(kāi)發(fā)的LEA高級程序語(yǔ)言，同時(shí)采用豐富的功能塊的圖形化編程軟件包CCAD，具有良好的人機接口界面，應用軟件具有很高的開(kāi)放性、實(shí)用性、可靠性、功能強大。
2.3  與其它通訊協(xié)議的數據交換
由于WorldFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )具有強大的開(kāi)放性，在與其它的通訊協(xié)議的通訊上具有很強的適應性。在F900和LOCAFIP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，在SYCOWAY F900網(wǎng)絡(luò )層，P320控制系統采用通訊模塊S352C建立了與MODBUS通訊協(xié)議的數據雙向通訊，在LOCAFIP層通過(guò)IR139模件建立了與MODBUS通訊協(xié)議的雙向數據通訊。同時(shí)在軟件上構建了相應的圖形化的功能塊，以實(shí)現數字數據的雙向處理和交換。
3  珞璜電廠(chǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)的不足
珞璜電廠(chǎng)的P320控制系統雖然使用了符合現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的控制系統，但由于種種原因沒(méi)有在現場(chǎng)裝置中使用符合現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的智能化控制儀器和儀表，在數據采集上仍采用傳統DCS原有的I/O模件的結構，現場(chǎng)數據采集的標準仍為典型的電氣輸入模式，沒(méi)有真正實(shí)現數據現場(chǎng)化?？梢哉f(shuō)它還沒(méi)有構成一個(gè)完整的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，這也是現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展過(guò)程所決定的。