本文介绍了现场总线控制系统FCS(Field-busControlSystem)的发展,以及FCS的结构及主要技术特点。FCS可以实现在线设备可靠性数据采集,使概率安全分析(PSA-ProbabilitySafetyAssessment)、风险指引技术(Risk-informedtechnology)等应用发挥出更大的作用,大大提高了高层管理的准确性和实时性。
国际电工技术委员会(IEC)从1985年开始着手制订国际性的智能化现场设备和自动化控制设备之间的通信标准,并命名为“Field-bus”现场总线。主要现场总线标准是由IEC的TC65技术委员会产生的[1]。1994年,ISP(InteroperableSystemProject)和WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol)两大集团成立了现场总线基金会(FF-Field-busFoundation),联合开发研制现场总线的工作,并制订出FF协议。鉴于现场总线的国际标准在短期内还难于统一,美国的罗斯蒙特(Rosemount)公司提出了临时标准HART(HighwayAddressableRemoteTransducer,高速可寻址远程传感器)协议。由于HART协议采用的方法是在模拟信号上叠加了FSK(频移键控)数字信号,模拟和数字通讯可以同时进行。这就保证了4～20mA模拟系统与数字通讯系统可以兼容,可以在一根双绞线上连接多台现场设备,以构成多站网络。HART协议目前已被认为是事实上的工业标准。
1、FCS在核电站中的发展
自Foxboro公司上个世纪80年代推出I/ASeries系统以来,90年代是FCS发展阶段。1991年美国Echelon公司推出具有全分布式智能控制网络的LonWorks系统,但只是在非核领域里的应用。随着FCS技术的成熟,几个代表国际先进的自动控制系统公司纷纷推出新一代核电站自动控制系统:由ABB-CE公司推出先进的80+系统应用在1300MW核电机组上。ABB-CE公司的80+系统1997年5月获得美国核管会(USNRC)第二次的批准,有效期15年[2]。美国西屋公司1995年已成功地运用在捷克的Temelin核电站上,这是俄罗斯的VVER型核电机组,因原来控制系统比较落后,经改造,由西屋公司最近一代的数字化集成控制系统替代[3]。日本日立公司NUCAMM-90系统是世界上首次应用在1350MWABWR(先进的沸水堆)上,首批2台机组(柏崎刈羽6号、7号)分别于1996年和1997年在日本投入商业运行[4]。法国法马通公司的1450MWCivaux-1和Civaux-2机组是新一代压水堆核电站,采用了Sama公司N4控制系统,1999年两台机组相继投入商运。还有Emerson公司推出Plantweb(叫做EmersonProcessManagement)系统。进入21世纪,Foxboro公司2003年推出两套新的现场总线模式I/ASeries系列(ZCP270、FCP270)的自动控制系统；日本横河公司(YOKOGAWA)推出了CS3000R3系统。这些新的现场总线控制系统会带来更安全、更可靠的核电站。
近几年国内FCS生产厂家(如:浙大中控、上海新华、北京和利时等[5])经过十几年的努力,使国产FCS领域得到了发展。由国家支持的工业控制技术国家重点实验室已于1995年10月正式对外开放,在现场总线控制系统基础关键技术研究方面解决了现场总线信号的超远距离传输技术、低功耗技术、软件调制解调技术、网络模糊测试评估技术、无冲击带电插拔技术、自适应脉冲输入技术、网络化系统集成技术、DCS任意冗余技术,打破了国外产品垄断国内市场的局面[6]。可以说用户需求拉动了FCS发展,相关技术的成熟发展提高了FCS质量可靠性,而当代网络技术、数据库技术、现场总线技术的发展为开放系统提供了可能,具备系统性、全面性、实时性和准确性,使企业的效益和效率要求进一步提高。
秦山一期核电站是中国自行设计、建造的第一座30万kW核电站,1994年投入商业运营。仪表和控制(I&C)设备是采用模拟量组合单元仪表为主的控制系统。田湾核电站是我国第一个全面(常规岛和核岛)采用数字化仪控系统的核电厂,使用了西门子全数字化仪控系统[7]。
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