WorldFIP现场总线在宝泉抽水蓄能电站中的应用

刘鹏龙

(河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636)

WorldFIP现场总线在宝泉抽水蓄能电站中的应用

刘鹏龙

(河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636)

本文简要介绍了WorldFIP现场总线技术及其在宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统中的应用。

WorldFIP;现场总线;应用;计算机监控系统;抽水蓄能电站

1 引言

随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，电站计算机监控系统设计理念不断更新，自动化水平越来越高。宝泉抽水蓄能电站即按无人值班(少人值守)的要求设计，通过计算机监控系统对全厂设备进行集中监视与控制，在实现电站无人值班(少人值守)的同时，对电站计算机监控系统网络结构和通信系统提出了更高的要求，寻求一种高速、实时、可靠的网络结构和通信方式，是电站综合自动化关键问题。

现场总线是指在生产现场的测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的系统，这种系统具有良好的开放性和设备间的互操作性，在电站计算机监控系统中具有广泛的应用。2000年国际电工委员会发布了IEC61158标准，此标准包括8种类型的现场总线标准，本文简要介绍其中的WorldFIP现场总线及其在宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统中的应用。

2 WorldFIP现场总线概述

WorldFIP现场总线是欧洲现场总线标准EN50178的第三部分，最初为Cegelec、ALSTOM等几家法国公司在原有通信技术的基础上根据欧洲用户要求制定，原名FIP(Factory Instrumentation Protocol)，是法国标准，后来采纳了IEC国际标准(61158-2)改名为WorldFip，是国际电工委员会2000年发布的IEC61158标准中8种现场总线类型中的第7种，其在能源、交通、运输、自动化等工业领域中得到了广泛的应用，如我国的广东岭澳核电站、上海地铁及本文即将介绍的宝泉抽水蓄能电站等项目中均使用了WorldFIP现场总线技术。

WorldFIP现场总线融合了通信技术、信息技术及控制技术等多种技术优势，是一种面向工业控制的、先进的、开放的现场总线技术，其主要特点体现在数据的实用性、实时性、同步性和可靠性：

(1)实用性

WorldFIP现场总线与Internet类似，采用曼彻斯特编码方式,以工业屏蔽双绞线或光纤作为传输介质，具有较高的数据传输速率和传输距离。数据传输速率有31.25kbps、1Mbps及2.5Mbps三种标准速率，其中典型传输速率为1Mbps。在三种标准速率下的最大通信距离分别为5km、1km和0.5km,通过网络中继器,总线可分别扩展到20km、5km和2km。

(2)实时性

在WorldFIP现场总线网络中信息以广播的形式发出，负责通信调度的总线仲裁器按照事先设计好的“变量扫描表”(总线仲裁表)周期性地向总线上广播含变量标识符的“问题帧”，当唯一的生产者识别出该问题帧是向自己发出的之后，以“响应帧”作为回应，同样以广播的形式向总线发布有关信息，该信息可以别一个或多个使用者使用。使用者除对数据进行错误监测外，还根据产生数据的时间限制对其进行确认，保证了总线仲裁表中的数据得到周期性刷新。

(3)同步性

WorldFIP现场总线的生产者/使用者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条总线上传递大量信息的同时，不会干扰时限变量。控制信息和非控制信息能在同一条总线上互不干扰地传递。

(4)可靠性

WorldFIP现场总线具有介质冗余功能，通信控制器可以连接两路独立的传输介质，在双介质运行时，两路介质相互热备用。当某一介质发生断线等故障而造成通信中断时，通信控制器会自动将通信数据无扰切换到另一路冗余介质上，并能保证数据的完整性及正确性，不需要应用程序的干预，极大地增强了通信可靠性。

3 WorldFIP现场总线在宝泉电站计算机监控系统中的应用

3.1 宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统简介

宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统采用ALSTOM ALSPA P320系统，它是一种智能型分层分布式开放式控制系统，整个系统功能由调度层、电站控制层和现地单元控制层组成。监控系统网络体系结构为两级三个网络，如图1示意。监控主网络(S8000-E)采用100MB/S冗余光纤快速交换式以太环网结构，网络设备选用适合于电站环境的100MB/S级工业以太网交换机，电站控制层设备及现地制单元设备均直接接在该网络上，面向监控对象的现场设备网络(F8000)采用现场总线技术，总线方式采用WorldFIP，还有用于系统维护及打印机连接等功能的Site Network。

3.2 WorldFIP现场总线在宝泉电站计算机监控系统中的实现

由于WorldFIP现场总线具有通信速率快、通信距离远、同步性好及可靠性高等优点，在设计监控系统网络构架时面向监控对象的现场设备网络F8000采用了WorldFIP总线方式，通信速率采用典型速率1Mbps，通信介质采用工业级屏蔽双绞线和光纤，F8000网络结构如图2所示(LCU1)。

图1 宝泉电站计算机监控系统网络体系结构示意图

图2为宝泉电站计算机监控系统8个现地控制单元中(LCU)中的一个：1#机组现地控制单元LCU1的F8000网络结构，其他LCU与此类似。以下就以LCU1来简要介绍以下宝泉电站计算机监控系统中WorldFIP总线网络F8000的构成。如图2所示，LCU1 F8000 WorldFIP现场总线系统有2个PCX(Cell Controller)、1个C8035 IHR Controller、4个C8035 Field Controller、2个AVR Controller、1个T_SLG Controller和2个DI103 gaterway组成，励磁系统、调速器系统、球阀系统均直接挂在F8000总线网络中，是总线的一个节点用户。2个PCX工控机冗余配置，互为热备用，设备地址分别为0和1；C8035 IHR Controlle又称SOE控制器，用于一些重要开关量信号的采集，其数据采集分辨率为1ms，设备地址为2；4个C8035 Field Controller中有3个用于机组数字信号、模拟信号的采集和输出以及Modbus通信等，设备地址是4和6，另外一个专用于球阀的控制，设备地址为12；2个AVR Controller是励磁控制器，冗余配置，互为热备用，设备地址为8和9；T_SLG Controller是水轮机调速器系统的控制器，设备地址为10；2个DI103 gaterway分别用于监控系统和发变组A组保护、B组保护的数字通信，设备地址为14和15。

图2 宝泉电站计算机监控系统F8000网络结构示意图

WorldFIP现场总线网络F8000各组成部分协同工作完成机组监视与控制的数据采集、数据加工处理、逻辑运算和执行输出等功能，实现对机组的实时监视与控制。由F8000总线网络构成的现地控制单元LCU可以独立于全厂监控网络S8000-E而独立工作，当S8000-E出现故障时，不会危及机组的安全运行，可以在现地控制层继续对机组进行监视与控制。

由于部分控制器距离LCU盘柜较远，因此F8000总线网络在通信介质上选用了两种：工业级屏蔽双绞线和多模光纤。控制器比较集中的地方使用工业级屏蔽双绞线，距离LCU盘柜较远的控制器，如励磁系统、调速器系统、球阀系统和高压气系统等则采用多模光纤作为通信介质，两种通信介质的过渡用带有电口和光口的中继器(Repeater)实现，在此F8000总线网络中，通过光纤连接的控制器又称之为远方控制器(Remote Controller)。

为保证通信的安全性和可靠性，重要部件采用冗余配置，互为热备用，如PCX和励磁AVR控制器均配置两个，同时F8000网络也采用冗余配置(F8000 M1、F8000 M2)，即总线上的每一个控制器配置有两个通信接口，同时连接两个独立的F8000网络F8000 M1和F8000 M2，又两个PCX均配置成总线仲裁器，总线仲裁器的切换随PCX主备用的切换而自动切换，保证了通信调度的可靠性，此F8000总线网络运用了多重保障措施来确保通信的可靠性和安全性。

由于把机组和主变保护、励磁系统、调速器系统、球阀系统，以及LCU5中的高压气系统控制器等直接挂在总线网络上作为总线的一个节点用户，这样极大地方便了不同系统设备间的互联，鉴于WorldFIP现场总线网络中信息以广播的形式发出以及其生产者/使用者模式和总线仲裁器的调度方式，有效地保证了信息交换的可靠性、实时性和同步性，同时也给设备维护和管理提供了极大便利，可以在S8000-E网络上的任意一个人机接口查看到整个监控系统控制器的运行状态。

4 结论

宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统投运以来，WorldFIP现场总线网络F8000运行稳定、可靠性高，未发生过F8000通信中断事故，以其可靠性、实时性和同步性保证了机组的安全运行，同时也给监控设备的远程集中维护和管理提供了便利，有利于提高监控设备管理水平，是一种成熟的现场总线技术。

[1] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社,1998.

[2] 吴亚平.WorldFIP—一种先进的现场总线[J].中国仪器仪表,2001,1.

[3] 宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统运行与维护手册[Z].

Application of WorldFIP Fieldbus in BAOQUAN Pumped Storage Power Station

LIUPeng-long

(State Grid Henan BAOQUAN Pumped Storage Co.,Ltd,Xinxiang 453636，China)

the paper introduces the WorldFIP field bus and its application in the computer supervisory and control system(CSCS)in BAOQUAN pumped storage power station.

worldFIP;fieldbus;application;CSCS;pumped;storage;power;station

1004-289X(2016)05-0092-04

TM76

B

2016-03-10