1 、循環(huán)流化床鍋爐（CFB）控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

循環(huán)流化床鍋爐（CFB）燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的燃煤技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和負(fù)荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策大力支持發(fā)展該技術(shù)及其產(chǎn)品。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循環(huán)流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。世界上最大容量的250MW循環(huán)流化床鍋爐已在1997年投運(yùn)，多臺(tái)200～250MW大容量循環(huán)流化床鍋爐也已投產(chǎn)。我國(guó)集中于中型CFB的研制與開(kāi)發(fā)，目前已完全商業(yè)化。目前，我國(guó)已投運(yùn)及訂貨的35t／h以下的循環(huán)流化床鍋爐共計(jì)約2000余臺(tái)，已開(kāi)始走向電力市場(chǎng)，并且開(kāi)始大型CFB的研制工作。

循環(huán)流化床鍋爐（CFB）控制系統(tǒng)既包含典型的熱工過(guò)程控制（如鍋爐汽包水位控制，蒸汽溫度控制等），也包含程序控制（連鎖保護(hù)系統(tǒng)）?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備既有溫度、壓力、流量、液位變送器和調(diào)節(jié)閥等熱工儀表，也有調(diào)速電機(jī)、氧化鋯等分析儀表和機(jī)械量測(cè)控設(shè)備。工作環(huán)境比較惡劣，主要是溫度、粉塵、振動(dòng)和電磁干擾，需要設(shè)備有較強(qiáng)的環(huán)境承受能力。

從運(yùn)行的角度而言，鍋爐設(shè)備是7＊24小時(shí)運(yùn)行，對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求很高。循環(huán)流化床鍋爐有其特殊性，對(duì)配風(fēng)，爐膛溫度等參數(shù)的控制有嚴(yán)格的要求。從經(jīng)濟(jì)角度而言，設(shè)備的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，需要高檔次的自控系統(tǒng)保證。但是，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)又使企業(yè)利潤(rùn)趨于微薄，特別是中、小型企業(yè)不得不降低自動(dòng)化設(shè)備的檔次，其自動(dòng)化水平往往還停留在基本的檢測(cè)和必要的單機(jī)控制。

2、 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

2．1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

縱觀控制系統(tǒng)的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)，每一代新的控制系統(tǒng)的推出都是針對(duì)老一代控制系統(tǒng)存在的缺陷而給出的解決方案，最終在用戶(hù)需求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)兩大外因的推動(dòng)下占領(lǐng)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的產(chǎn)生也不例外。

2.1.1模擬儀表控制系統(tǒng)

模擬儀表控制系統(tǒng)于六七十年代占主導(dǎo)地位。其顯著缺點(diǎn)是：模擬信號(hào)精度低，易受干擾。

2.1.2集中式數(shù)字控制系統(tǒng)。

集中式數(shù)字控制系統(tǒng)于七八十年代占主導(dǎo)地位。采用單片機(jī)、PLC、SLC或微機(jī)作為控制器，控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)，因此克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低的缺陷，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

集中式數(shù)字自動(dòng)化信囊AUTOMATIONINFORMATION控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是易于根據(jù)全局情況進(jìn)行控制計(jì)算和判斷，在控制方式、控制機(jī)時(shí)的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度和安排；不足的是對(duì)控制器本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性，當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)增加時(shí)，控制器的效率和可靠性將急劇下降。

2．1．3集散控制系統(tǒng)（DCS）

集散控制系統(tǒng)（DCS）于八、九十年代占主導(dǎo)地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，若干臺(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制，各上下位機(jī)之間用控制網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。因此，這種分布式的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)中對(duì)控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷。

在集散控制系統(tǒng)中，分布式控制思想的實(shí)現(xiàn)正是得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，遺憾的是，不同的DCS廠家為達(dá)到壟斷經(jīng)營(yíng)的目的而對(duì)其控制通訊網(wǎng)絡(luò)采用各自專(zhuān)用的封閉形式，不同廠家的DCS系統(tǒng)之間，以及DCS與上層Intranet、Intenet信息網(wǎng)絡(luò)之間難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享，因此集散系統(tǒng)從該角度而言實(shí)質(zhì)是一種封閉專(zhuān)用的、不具可互操作性的分布式控制系統(tǒng)，且DCS造價(jià)昂貴。在這種情況下，用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提出了開(kāi)放化和降低成本的迫切要求。

2．1．4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

FCS正是順應(yīng)以上潮流而誕生，它用現(xiàn)場(chǎng)總線這一開(kāi)放的具有可互操作的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各控制器及儀表設(shè)備互連，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)是一種開(kāi)放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)，有望成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。

2．2現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

2．2．1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念

現(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。FCS則是用開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

2.2．2現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別

（1）按功能比較，現(xiàn)場(chǎng)總線連接自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖切∨繑?shù)據(jù)信息，如檢測(cè)信息、狀態(tài)信息、控制信息等，傳輸速率低，但實(shí)時(shí)性高。簡(jiǎn)向言之，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)用于連接局域區(qū)域的各臺(tái)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖谴笈康臄?shù)字信息，如文本、聲音、圖像等，傳輸速率高，但不要求實(shí)時(shí)性。從這個(gè)意義而言，局域網(wǎng)是一種高速信息網(wǎng)絡(luò)。

（2）按實(shí)現(xiàn)方式比較，現(xiàn)場(chǎng)總線可采用各種通訊介質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展及在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用如雙絞線、電力線、光纖、無(wú)線、紅外線等，實(shí)現(xiàn)成本低。局域網(wǎng)需要專(zhuān)用電纜，如同軸電纜、光纖等，實(shí)現(xiàn)成本高。

2．3現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

最底層的Intranet控制網(wǎng)即FCS，各控制器節(jié)點(diǎn)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)，構(gòu)成一種徹底的分布式控制體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)任意，可為總線形、星形、環(huán)形等，通訊介質(zhì)不受限制，可用雙絞線、電力線、無(wú)線、紅外線等各種形式。FCS形成的Intranct控制網(wǎng)很容易與Intranet企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和Internet全球信息網(wǎng)互連，構(gòu)成一個(gè)完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)三級(jí)體系結(jié)構(gòu)。

2．4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

2．4．1開(kāi)放性和可互操作性。

開(kāi)放性意味FCS將打破DCS大型廠家的壟斷，給中小企業(yè)發(fā)展帶來(lái)了平等競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)遇?？苫ゲ僮餍詫?shí)現(xiàn)控制產(chǎn)品的“即插即用”功能，從而使用戶(hù)對(duì)不同廠家工控產(chǎn)品有更多的選擇余地。

2．4．2徹底的分散性

徹底的分散性意味著系統(tǒng)具有較高的可靠性和靈活性，系統(tǒng)很容易進(jìn)行重組和擴(kuò)建，且易于維護(hù)。

2.5低成本

衡量一套控制系統(tǒng)的總體成本，不僅考慮其造價(jià)，而且應(yīng)該考察系統(tǒng)從安裝調(diào)試到運(yùn)行維護(hù)整個(gè)生命周期內(nèi)總投入。相對(duì)DCS而言，F(xiàn)CS開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)和OEM技術(shù)將大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，且徹底分散的分布式結(jié)構(gòu)，將l對(duì)l模擬信號(hào)傳輸方式變?yōu)閘對(duì)N的數(shù)字信號(hào)傳輸方式，節(jié)省了模擬信號(hào)傳輸過(guò)程中大量的A／D、D／A轉(zhuǎn)換裝置、布線安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此從總體上來(lái)看，F(xiàn)CS的成本大大低于DCS的成本。

3 、現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的階段。目前己開(kāi)發(fā)出有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、P―Net、FIP、ISP等，其中最具影響力的有5種，分別是FF、Profibus、HART、CAN和Lon―Works。

1．FF（FoundationFieldBus現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)總線）由美國(guó)儀器協(xié)會(huì)（ISA）1994推出，代表公司有Honeywell和Fish―er―Rosemount，主要應(yīng)用于石油化工、連續(xù)工業(yè)過(guò)程控制中的儀表。FF的特色是其通訊協(xié)議在ISO的OSI物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層3層之上附加了用戶(hù)層，通過(guò)對(duì)象字典OD（objectDictionary）和設(shè)備描述語(yǔ)言DDL（DevieeDescriptionLanguage）實(shí)現(xiàn)可互操作性。目前基于FF的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品有，美國(guó)Smar公司生產(chǎn)的壓力溫度變送器，Honeywell&R～kwell推出的Pr～essLogix系統(tǒng)．Fish―er―Rosemount推出的PlantWeb。

2．Profibus（ProcessFieldBus）德國(guó)西門(mén)子公司1987年推出，主要應(yīng)用于PLC。產(chǎn)品有三類(lèi)：FMS用于主站之間的通訊；DP用于制造行業(yè)從站之間的通訊；PA用于過(guò)程行業(yè)從站之間的通訊。由于Profibus開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間早至十年前，限于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)水平，大多建立在IT網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和用戶(hù)要求越來(lái)越高，現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品只能在原有IT協(xié)議框架上進(jìn)行局部的修改和補(bǔ)充，以致在控制系統(tǒng)內(nèi)增加了很多的轉(zhuǎn)換單元（如各種耦合器），這為該產(chǎn)品今后的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)了一定的局限性。

3．HARTf：HighwayAddressableRemoteTransducer可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路）美國(guó)Rosemount公司1989年推出，主要應(yīng)用于智能變送器。與ART為一過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)，它通過(guò)在4―20mA電源信號(hào)線上疊加不同頻率的正弦波（2200HZ表…0’，1200HZ表“l(fā)”）來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)，從而保證了數(shù)字系統(tǒng)和傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)的兼容性，預(yù)計(jì)其生命周期為最近20年。

4．CAN（ControllerAreaNetwork控制局域網(wǎng)絡(luò)）德國(guó)Bosch6公司1993年推出，應(yīng)用于汽車(chē)監(jiān)控、開(kāi)關(guān)量控制、制造業(yè)等。介質(zhì)訪問(wèn)方式為非破壞性位仲裁方式，適用于實(shí)時(shí)性要求很高的小型網(wǎng)絡(luò)，且開(kāi)發(fā)工具廉價(jià)。Motorola、Intel、Philips均生產(chǎn)獨(dú)立的CAN芯片和帶有CAN接口的80C51芯片。CAN型總線產(chǎn)品有AB公司的DeviceNet、***研華的ADAM數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品等。

5.LonWorks（LOnLocalOperatingSystem局部操作系統(tǒng)）美國(guó)Echelon公司1991年推出，主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化和電力行業(yè)等。LonTalk的全部7層協(xié)議，介質(zhì)訪問(wèn)方式為P―PCSMA（預(yù)測(cè)P一堅(jiān)持載波監(jiān)聽(tīng)多路復(fù)用），采用網(wǎng)絡(luò)邏輯地址尋址方式，優(yōu)先權(quán)機(jī)制保證了通訊的實(shí)時(shí)性，安全機(jī)制采用證實(shí)方式，因此能構(gòu)建大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。Echelon公司推出的Neuron神經(jīng)元芯片實(shí)質(zhì)為網(wǎng)絡(luò)型微控制器，該芯片強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊處理功能配以面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)通訊方式，大大降低了開(kāi)發(fā)人員在構(gòu)造應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通訊方面所需花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用，而可將精力集中在所擅長(zhǎng)的應(yīng)用層進(jìn)行控制策略的編制，因此業(yè)內(nèi)許多專(zhuān)家認(rèn)為L(zhǎng)onWorks總線是一種很有希望的現(xiàn)場(chǎng)總線。基于LonWorks的總線產(chǎn)品有美國(guó)Action公司的Flexnet&Flexlink等435T／h一400”循環(huán)流化床鍋爐現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

4、 概述

4．1．135t／h的循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)功能

采集鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，如汽壓、風(fēng)壓、爐溫等，并顯示：

進(jìn)行手動(dòng)控制，完成啟、停爐等工作；

現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展及在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在鍋爐正常運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保證鍋爐穩(wěn)定、高效地運(yùn)行；

具有鍋爐聯(lián)鎖保護(hù)功能；

存儲(chǔ)1年的歷史數(shù)據(jù)：

4.1．2總體設(shè)計(jì)思路

硬件：配置了I臺(tái)工程師站和操作站二合一fES／0S），l臺(tái)專(zhuān)用操作站（Os），1臺(tái)打印機(jī)，2臺(tái)互為冗余的ABB公司AC8OOF控制器，3條PROFIBUS總線。如圖1所示：

PBI總線：配置1個(gè)遠(yuǎn)程$800I／O，運(yùn)行速度12MB

PB2總線：連接26臺(tái)DP儀表；

PB3總線：連接26臺(tái)DP儀表；

3．2控制回路及測(cè)點(diǎn)

1．汽包水位控制回路。

2．主蒸汽溫度控制回路。

3．主汽壓力控制回路。

4．播煤風(fēng)控制回路。

5．引風(fēng)控制回路。

6．排渣調(diào)節(jié)控制回路。

7．返料風(fēng)控制回路。

8．點(diǎn)火操作系統(tǒng)。

9．聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

測(cè)點(diǎn)如下：

系統(tǒng)特點(diǎn)：

1．由于控制器wtOFOBUS總線模件支持DPV1標(biāo)準(zhǔn)，與純DP標(biāo)準(zhǔn)模件相比增加了對(duì)儀表組態(tài)能力，我們無(wú)須安裝每種儀表的專(zhuān)用組態(tài)軟件，僅導(dǎo)人每個(gè)儀表的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展及在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用參數(shù)文件（GSD），就可實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的系統(tǒng)編程軟件下對(duì)所有PA標(biāo)準(zhǔn)儀表的參數(shù)進(jìn)行編程組態(tài)，有效節(jié)省了軟件成本，提高了工程組態(tài)的效率。

2．開(kāi)放的控制功能。ABBAC800F控制器采用tRISC處理芯片，程序采用多任務(wù)運(yùn)行方式，每個(gè)任務(wù)都可設(shè)定運(yùn)行周期和優(yōu)先級(jí)，所以該控制器既可滿(mǎn)足復(fù)雜調(diào)節(jié)回路控制要求，又可滿(mǎn)足快速電氣開(kāi)關(guān)量控制，而一個(gè)控制器可以覆蓋工廠所有環(huán)節(jié)的控制要求且系統(tǒng)編程語(yǔ)言符合IEC6ll3l一3標(biāo)準(zhǔn)。

3．系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)?！胺稚⒋鎯?chǔ)，全局管理”的數(shù)據(jù)庫(kù)核心技術(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在控制器上，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個(gè)全局系統(tǒng)變量表，過(guò)程站之間的變量交叉引用無(wú)須編制數(shù)據(jù)交換程序，操作站與過(guò)程站之間的數(shù)據(jù)無(wú)須轉(zhuǎn)換，直接存取，變量的修改與檢查也是在全局進(jìn)行。

4．開(kāi)放的以太網(wǎng)技術(shù)。ABBAC800F控制器系統(tǒng)通訊模件為標(biāo)準(zhǔn)的TCPdP協(xié)議模件，使系統(tǒng)無(wú)須增加設(shè)備就可與工廠管理局域網(wǎng)連接。

本系統(tǒng)充分發(fā)揮POFIBUS總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使循環(huán)流化床鍋爐的控制水平達(dá)到了一個(gè)新高度。

5、 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)目前理論研究已經(jīng)成熟，現(xiàn)正由高參數(shù)、大系統(tǒng)向一般工程應(yīng)用發(fā)展。應(yīng)用在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)上，可以大幅度提高設(shè)備的運(yùn)行管理水平，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

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