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现场总线和智能仪表与核电厂DCS的接口

分析及应用

作者：吴云龙

来源：《科技与创新》2016年第19期

摘要：现场总线与智能仪表能实现自诊断、远程整定以及在线采集运行设备信息的功

能，极大地提高了管理工作的效率，目前，已广泛应用在石油化工、汽车制造、冶金等领域，

并成功应用于核电厂中。从硬、软件两方面对现场总线和智能仪表与核电厂DCS接口及应用

进行了探讨，提出了现场总线网络系统设计及实施应注意的问题，以供参考。

关键词：现场总线；智能仪表；核电厂；DCS

中图分类号：TP273文献标识码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.089

现场总线技术具有智能化、互操作性、多站点、双向通信等优点。在科技不断发展的推动

下，现场总线技术与智能仪表仪器应用在核电厂中取得了明显的效果。其相关理论不断完善、

可靠性不断提高，为在不同领域中的普及奠定了坚实的基础。

总线设备和1DCS接口的分析和应用

总线设备和1.1DCS硬件接口的分析

现场总线和智能仪表与核电厂DCS系统通信的实现需借助专门的硬件设备和相关的通信

协议。其中，总线智能设备包括Modbus、HART、FF等。

Modbus总线智能设备和核电厂DCS系统的通信基于国家GB29618.315以及国际

IEC61784.2标准，要求一个Modbus主站有从站的个数最多为247个，主从之间的通信基于

Modbus协议。为了提高Modbus总线的抗干扰能力和可靠性，采用信号隔离光耦和隔离电源

实现了对电气的隔离。系统中中压开关是较为重要的设备，其借助硬接线实现与DCS输出、

输入模块的连接。在工作中，为了达到诊断及在线监视中压开关设备的目的，通过光缆及

Modbus-TCP网关实现了状态监视信号向DCS系统的传输。

HART总线设备和DCS硬件接口基于GB29910.1～GB29910.6国家标准规定的HART协

议实现通信。协议中，控制信息与变量经4～20mADC进行传输。同时，通过该协议可实现对

诊断信息、设备组态、过程参数等内容的访问。智能执行机构与总线型智能仪表常应用于核电

厂中，其中，使用智能仪表时需要对DCS进行配置，使其具有HART通信功能，实现远程整

定、过程优化以及在线故障诊断等功能。智能执行机构由智能电液阀、气动调节阀以及电动调

节阀构成。电液阀HART协议和4～20mADC控制信号进行叠加，阀体上就绪信号、开关状

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态等借助硬接线和DCS输入模块相连。气动调节阀数字定位器通过两根硬接线连接在DCS输

出模块，并进行HART阀位反馈信号、4～20mADC控制信号的传输。通过硬接线将行程开关

的状态信息传输给DCS。电动调节阀的协议同样可与4～20mADC控制信号叠加，依据ART

协议将阀位反馈信号反向传输给DCS系统。

现场总线智能仪表优点明显，不仅连接方便，且可进行远程校准，具有较强的抗干扰FF

能力。IEC61158国际标准将FF现场总线分成高速、低速两种情况，传输速率分别为2.5

MB/s、1MB/s、31.25KB/s。此外，FF智能仪表电源可通过场外提供，还可由FF总线提供，

实践中应考虑使用FF总线模块提供电源。

总线设备和1.2DCS软件接口的应用

现场总线智能仪表和智能执行机构的正常工作不仅需要硬件支撑，还需要对软件进行合理

配置。配置软件时，应重点考虑通信要求、通信协议、寄存器地址、设备地址等内容，尤其应

注重通信协议版本的一致性，使现场总线反馈信息及时显示在DCS系统画面上，提醒工作人

员及时处理出现的异常情况。

现场总线网2络系统设计及实施注意事项

为了保证现场总线和智能仪表在核电厂稳定工作，应对其进行合理设计，并注意实施细

节，尤其应注重考虑以下4方面的内容。

注重2.1智能仪表选型

核电厂应用的现场总线设备类型较多，比如中压电气设备、变频器、电动机控制器、分析

仪表、电磁流量计等。为了