现场总线控制系统(FCS)作为一种全新型控制系统，实现了预见性设备状态维修，从而极大地提升了火电机组自动控制和信息管理决策水平。FCS以其技术、经济等方面的优势，在国内已被应用于1000MW和600MW火电机组，为最终实现数字化电厂的目标打下了基础。
1 FCS的组成
火电厂辅助车间的 FCS 包括人机界面、处理器(CPU)、现场总线网络设备、现场总线仪表、现场总线控制设备和驱动设备控制系统，由工业以太网、Profibus DP、Profibus-PA建立了完整的FCS通讯网络，FCS集成了符合Profibus标准的不同公司的产品，实现互联互操。FCS典型配置见图1。
由图1可见， FCS集成了进口或国产的不同公司的现场总线智能仪表设备，其主要包括：CPU控制器、电动机控制单元(智能马达控制器)、气动执行机构、电动执行机构、气动阀门电磁阀岛、变频器、压力(差压)变送器、电磁流量计、超声波液位计、PH计、浊度仪、导电度、温度变送器、磁翻版液位计。
2 FCS设计
2.1 就地设备的选型
在总线设备选型时应充分考虑支持现场总线协议的设备种类。至今国际上还未将总线标准统一，造成仪表开发成本高，种类少。此外，由于实践经验较少，理论上可以接入现场总线的就地设备，在实际接入过程中也存在诸多问题。目前发电厂现场总线对就地进口设备选型均采用预先经过了试验室检验的方法，在设备安装之前就解决了所有通讯匹配问题。
国产现场总线设备发展快速，但是产品的质量不稳定。例如：(l)某电厂江边补水泵房系统电动执行机构采用上海某厂的产品，出现了个别电动阀开关不稳定的现象，更换总线控制电子线路板后正常;(2)电动机类设备采用苏州某厂的产品，其某种型号的产品由于通讯规约的问题无法与SIEMENS的PLC 通讯，最终只能下装同一种型号的通讯软件加以解决。比较而言，国产设备较进口设备粗糙、无系统化、产品更新换代慢。
2.2 总线型受控设备投入率
对某电厂现场所有的受控设备进行了投入率的计算，结果为：江边补水泵房71.4%，净水站85%，工业废水100%。造成投入率下降的主要原因有：(1)供货商提供的设备中有少量外购的成套设备，此部分设备在设计时配合不良;(2)温度测点较多的系统如江边补水泵房投入率较低，可考虑不采用现场总线设备，因为温度测点较简单，无太多的附加信息，且带总线的温度变送器成本较传统的热电偶、热电阻昂贵，而不采用带总线的温度变送器后江边补水泵房投入率为92%;(3)上述3个系统均包含有 6kV设备。依据设备的重要性，6kv设备采用传统的硬接线方式。
2.3 网络电缆的走向及桥架的设计
采用FCS，使得电气和热工的控制电缆大幅减少。由于现场总线必须根据现场设备的类型、安装位置、支持何种总线接口、工艺系统的归属等进行包括测点位置、通讯电缆的三维走向、通讯链路的长度、每条链路挂接设备数量和种类的设计。通讯速率是总线方式能否满足工艺要求的决定性指标。 ProfibuS-PA总线的传输距离最大为1900m，传输介质为双绞线;以冗余Profibus-DP光环连接主站(PLC )与各DP支路链路器从站组成系统主控通信网，速率可达12Mbit/s;DP支路链路器分布在现场，其速率可达0.18-1.5Mbit/S，用于连接DP现场仪表、设备和PA仪表，形成设备级通讯网。总线通讯的速率和通讯电缆长度成反比(同一频率)，为了提高通讯速率应尽可能将通讯电缆长度缩短。通讯电缆长度又取决于每条总线挂接设备的数量和位序，挂接在总线的设备数量和位序应与整个工艺流程相协调，并将通讯电缆故障中断后的风险降到最低。
2.4 变频器干扰
在调试时发现，若现场总线支路上带有变频器，在变频器起动时会对总线产生较大干扰。分析发现变频器柜内未安装输入输出滤波器，导致变频器瞬间干扰过大。对此，将变频器柜单独安置在距其它总线设备较远的位置或者加装输入输出滤波器后，干扰消除。
2.5 现场设备巨量信息的管理
现场总线的最大优势就是提供的信息较丰富，每一个变送器都可以带来很多个传统意义上的I/O信息。差压变送器的上传信息既有介质差压、流量，也有介质温度以及变送器自身故障信息;电动机控制模块的信息量更加丰富，其包括电动机的起动次数、电阻值、运行小时数、最后一次过载值等。巨量现场设备信息对运行状态分析和设备寿命管理提供了很大帮助，但是这些现场智能设备的信息如不经过筛选直接显示在监控画面上，将成为垃圾信息，所以在设计阶段应确定设备信息的分级，如运行监控级、设备维护级等。
2.6 过程设备管理软件的国产化
广东河源电厂水网控制系统采用FCS，其信息管理和诊断软件是由国内自主开发的中文界面信息管理和诊断软件，能够自动周期采集仪表和设备诊断、状态信息，并进行分析、归纳，与上位机双向通讯;开发了远程参数设定和调整的功能，总体功能适应并满足了国内电厂生产运行的需要。信息管理一览画面和典型设备(变送器)的设备诊断画面见图2、图3。
3 现场总线技术的应用
当前国内火电厂约65%的仪表维护采取现场巡检，设备缺陷查出率较低;约 75 %从管道上拆下的阀门证明是没有必要维修，人为判断设备状态不准确;约50%的仪表技术人员的工作时间花费在书面记录和文档管理上。对此，采用FCS后，可获得丰富的现场设备状态信息，实现现场设备预见性维护。
(1) 在维修车间或控制室可连续监测智能设备的健康状况，能够及时发现设备问题，从而避免由于故障不能及时排除所造成的重大损失;
(2) 可大大降低维护成本;
(3) 运用设备管理系统可为预防性维护(计划维护)提供设备故障判断依据，从而减少预防性维护人力投入以及备品备件投入;
(4) 利用设备管理系统的在线组态功能，维修人员可在维修车间或主控室(甚至在办公室)进行智能设备组态修改，无需查询回路接线图，无需到现场查线，从而避免了人为失误导致事故，提高了维修安全性;
(5) 利用设备管理系统的可选先进诊断功能，可在线诊断智能仪表电路功能区故障(传感器老化/故障、EEPROM 故障等)、导压管堵塞故障、PID回路不稳原因、智能阀门的运行特性和摩擦力以及机械问题等;
(6) 运用设备管理系统的校验助手(可选)，可轻松设计校验方案，实现校验管理(到校验周期自动提醒)可自动生成符合ISO标准的校验报告、校验证书、校验曲线以及历史误差等;
(7)利用设备管理系统的快速检查助手功能(可选)，可对智能仪表及智能阀门快速进行接线回路和联锁回路测试，从而节省40%到60%的调试时间;
(8)设备管理系统数据库自动记录所有与设备管理系统及智能设备相关的事件和报警(可选)。使用该功能可取消手动记录和管理，避免了人为失误，从而提高了电厂运行的安全性。
4 结语
目前，国内火电机组控制系统的模式基本上是机组控制系统采用DCS，辅机控制系统采用PLC，随现场总线技术在火电厂辅机控制系统的成功应用，机组控制选用FCS已成为自动化技术的主流。FCS的应用，提高了现场设备级信息化管理水平，尤其在设备诊断和运行维护方面具有明显优势，国内华能九台电厂、华能金陵电厂、神华胜利电厂主、辅机控制选用的现场总线系统，已处于设计阶段。
