现场总线技术在广东东莞垃圾焚烧发电厂的应用
工业自动化测控系统按其结构一般分3层：管理层、控制层及设备层。随着现场总线、以太网技术不断应用于工业自动化系统，使得工业自动化控制系统3层结构之间通信及控制方法得到了根本提高。广东东莞垃圾焚烧发电厂自动化控制系统采用了以太网和现场总线技术，使得系统可靠性、先进性、开放性、易维护性及可扩展性大大提高。该系统通过现场总线同PLC、PC无缝地组成三位一体的自动化控制系统。其中工控机（PC）经Hub及工业以太网连入PLC。整个自动化控制过程严格按照垃圾焚烧发电厂的工艺流程进行，并有多级报警记录，完成不同过程控制，优化和提高了过程控制的性能和效率。
一、控制系统的构成与配置
广东东莞垃圾焚烧发电厂目前拥有两套发电机组，每套具有相同的硬件和软件配置。其硬件结构及网络配置如图1。
 
该系统下层由美国罗克韦尔公司ControlLogix 5550 PLC、远程I/O以及现场智能泵、阀组成。ControlLogix 5550 PLC与远程I/O间通过现场总线ControlNet连接；锅炉给水系统中现场智能泵、阀通过现场总线DeviceNet与ControlLogix连接，共同完成发电过程现场参数的测量控制任务。
系统上层采用3台戴尔工控机（一台作为工程师站，两台作为操作员站）作为监控站，通过并接入主控站构成工业以太网通信网络层，配以Windows 2000 Server操作系统和罗克韦尔监控软件RSView 32为运行环境，系统软件具有丰富的流程操作、监控、通信、报警、管理、趋势、记录和诊断功能，完成垃圾焚烧发电工艺流程和控制参数显示，实现生产监控和协调管理功能。
（1）主控站
自动化控制系统采用的是ControlLogix系统。该系统具有开放性能好、可靠性高、诊断功能强、编程功能丰富等优点。按照工艺控制功能要求和分散控制的设计思想，每套机组的主控制站系统硬件配置如图2所示。其中1756-L1M2为处理器卡，具有很大存储容量和很强运算功能，能完成多种操作控制；并分别通过以太网和ControlNet、DeviceNet网络，实时接受上一级指令和对本单元机组内各控制系统实现协调控制。
 
（2）远程I/O
每个单元机组配置两个远程I/O站，即锅炉系统I/O站和汽机系统I/O站，I/O站以点对点接线连接到现场传感器或仪表设备，完成实时数据采集或输出由主控站处理器通过ControlNet网络下达的各种控制量，以完成各种实际操作。远程I/O卡组如图3。                
（3）基于DeviceNet锅炉给水子系统
众所周知，泵、阀在工业控制系统中的使用极为广泛，绝大多数流程工业都必须使用，在发电厂锅炉系统中更是必不可少。而原有泵、阀，因没有参数监控功能，不能与现场总线控制系统配套应用，已无法满足现代工业系统要求，迫切需要支持现场总线、具有参数监控功能的智能泵、阀。为此，我们自行研制了智能泵、阀控制器。不仅使其具有与现场总线通信的功能；而且可通过传感器对其工作参数和状态参数进行测量，再把测量结果输入微处理器并进行自动控制和参数显示。
在系统中，智能泵、阀控制器以从设备的方式，按DeviceNet规范进行数据交换。智能控制器具有本地操作的人机界面（操作键和LCD显示屏），并能进行远程操作。
控制器软件采用结构化和模块化设计方法，主要分为监控程序和中断服务程序两大部分，每部分又由许多功能模块构成。在软件控制下，自动监测泵、阀参数，实现自动调节和控制。
在本系统中，有了上述智能泵、阀控制器，锅炉系统中的泵、阀即可通过现场总线DeviceNet与ControILogix连接，实现设备层现场总线方式的控制。
二、实时监控系统
广东东莞垃圾焚烧发电厂人机监控系统由位于主控室的两套RSView 32计算机操作员站和一套RSView 32工程师站组成。操作员站和工程师站安装有Windows 2000操作系统作为RSView 32运行平台。监控系统通过Ethernet与ControlLogix系统通信，实现实时监控。
监控系统由系统主画面和30多幅子画面组成，全面直观反映了垃圾焚烧发电的全部过程。画面切换用鼠标点击工艺画面键或功能指示键即可，系统操作十分简便。
1．监控画面及主要功能
主要功能画面有：
（1）反映设备状态的生产准备画面；
（2）反映网络系统配置的示意图，如系统硬件结构及网络连接图，监视操作站和PLC的工作状态，并监视操作站与主控系统、锅炉系统和汽机系统之间的通信网状态；
（3）反映实时控制系统图，如基于DeviceNet智能泵、阀给水系统控制图，具有锅炉系统中各种参数和信号的实时值，这些参数包括锅炉的水位值、蒸汽流量、给水流量、水位设定值、电动机转速、PID参数、变频输出百分比、阀位信号、力矩信号、电动机轴承温度、泵与阀的状态信号等。通过对这些参数的实时监控，保证了锅炉系统的稳定性。
该监控系统具有很强报警和数据管理功能。在垃圾焚烧和发电过程中，各类工艺参数或设备发生异常时，除它们所在画面会自动显示出来，故障总表中还会记录故障发生时间、来源和恢复时间，便于及时找出故障原因并予以排除，提高了现场处理故障的能力。各类工艺参数或设备数据根据用户需要可实时保存在各个系统所对应的数据库里，同时根据用户设定的不同时间对数据库更新一次。按照工艺要求，实时或定时从数据库里打印各种报表，如各班、日、月发电量表和各种故障信息表。
2．系统的安全策略
本系统的安全策略，是利用Windows 2000和RSView 32提供的双重安全功能。Windows 2000在企业网络系统层面负责管理操作人员或系统管理员登录，而RSView 32通过设置不同安全级别在应用层面对用户操作权限进行控制，防止越权操作。为保证系统安全可靠运行，监控系统提供操作员和工程师两种权限，以保证系统安全机制。
三、结束语
本系统在广东东莞已稳定运行一年多，运行结果表明基于ControlNet、DeviceNet所组成的FCS系统能充分满足发电厂对控制系统的要求，对发电厂的安全运行、优化管理等方面起到了至关重要的作用。同时基于FCS及工控软件（RSView 32）所组成的控制系统，具有先进性、开放性、成本低等特点。它可将来自不同类型产品无缝地组合成一体，并以一体化网络平台技术为基础，实现了安全、透明、经济的需要。