現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字化核電站控制系統的深入研究越發顯得重要，如何將現場總線技術安全應用到核電控制系統中從而降低成本，提高控制系統開放性成了一個我們必須考慮的問題。本文簡要介紹了現場總線的發展歷史以及PROFIBUS現場總線在嶺澳二期TXP+TXS系統中的具體應用和優勢。
　　
　　1.現場總線的發展歷史以及現場總線在核電站中的應用
　　
　　1.1現場總線的發展歷史：
　　
　　1984年，美國儀表協會（ISA）下屬的標準與實施工作組中的ISA/SP50開始制定現場總線標準；1985年，電工委員會決定由ProwayWorkingGroup負責現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場總線（ProcessFieldbus）標準，簡稱為PROFIBUS，由此拉開了現場總線標準制定及其產品開發的序幕。1992年，由Siemens，Rocemount，ABB，Foxboro，Yokogawa等80家公司聯合，成立了ISP（InteroperableSystemProtocol）組織，著手在PROFIBUS的基礎上制定現場總線標準。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為基礎制定現場總線標準。1994年，ISP和WorldFIP的北美分部合并成立了現場總線基金會（FieldbusFoundation簡稱FF），推動了現場總線標準的制定和產品開發，并于1996年*季度頒布了低速總線H1的標準，安裝了示范系統，將不同廠商的符合FF規范的設備互連構成控制系統和通訊網絡，使H1低速總線開始步入實用階段。與此同時，在不同行業還陸續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，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，即使在本質安全區也如此。
　　
　　PROFIBUS是的開放的現場總線系統，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協議：PROFIBUS總線訪問協議（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網絡區域容易組合，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1千字節的輸入數據和1千字節的輸出數據所需時間
　　
　　強有力的工具，減少組態和維護費用
　　
　　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據傳輸
　　
　　單主和多主網絡
　　
　　每個站的輸入和輸出數據zui多可達244字節
　　
　　2.1.2PROFIBUS-PA的特點：
　　
　　基于擴展的PROFIBUS-DP協議和IEC1158-2傳輸技術
　　
　　適用于代替現今的4，20mA技術
　　
　　僅用一根雙絞線進行數據通信和供電
　　
　　通過串行總線聯接儀器儀表與控制系統
　　
　　適用于本質安全的EEx應用區域
　　
　　可靠的串行數字傳輸
　　
　　通過一根雙絞電纜進行控制、調節和監視
　　
　　對所有設備只需一個工程工具
　　
　　由于PROFIBUS-PA行規，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）
　　
　　主要應用區域:
　　
　　大數量的數據傳輸，例如程序、數據塊等等
　　
　　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系統中的應用
　　
　　2.2.1PROFIBUS在系統中做為系統傳輸網絡　　　　
　　整個TXP+TXS系統的信息是通過網絡技術傳輸的，網絡結構如上圖1。網絡由兩種總線系統SINECH1-FO（構成以太網）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，可實現高速數據傳輸，適用于自動控制系統和在設備級分散的IO之間的通信。SINECL2-FO（PROFIBUS）總線系統用于正常運行系統儀控設備與安全系統儀控設備之間、正常運行系統與子系統之間、TXP系統自動控制機柜處理器部件之間的信息傳輸。另外還通過網關實現從安全系統到OM690系統的信息傳輸。SINECL2-FO*基于PROFIBUS過程現場總線標準子集。它的傳輸速率為1.5Mbps。TXS中的數據通信也是由SINECH1FO總線和PROFIBUS總線系統構成，TXS系統不同的功能計算機之間的通訊是通過PROFIBUS總線來實現，MSI系統通過SINECH1FO總線收集保護系統的數據，再通過網關把數據傳輸到TXP系統。　　　　
　　上圖1.2為TXS的網絡結構圖（其中紅線為PROFIBUSDP通訊，綠線為SINECH1FO通訊），SLLM模件用于PROFIBUS總線網絡（SINECL2）星型耦合器，實現電信號收發功能，實現數據的傳輸。
　　
　　2.2.2PROFUBUS在自動化系統AS620B中的應用
　　
　　自動化系統AS620B是TXP系統自動功能的基本系統，硬件基礎是自動處理器AP。AS620B可完成一般的自動任務，如系統和機組的保護、閉環控制等。　　　　
　　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現場總線與安放在現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，通過串行總線聯接儀器儀表與控制系統。