淺談現(xiàn)場總線控制技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用

常治國

摘要：文章介紹了杭州和利時自動化有限責(zé)任公司的現(xiàn)場總線控制技術(shù)在國內(nèi)某2*660MW火電燃煤機(jī)組中的應(yīng)用，并從多個方面闡述了現(xiàn)場總線控制技術(shù)相對于傳統(tǒng)DCS控制技術(shù)的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線控制技術(shù)；火電廠；火電燃煤機(jī)組；工業(yè)通訊系統(tǒng)；傳輸介質(zhì) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP336 文章編號：1009-2374（2015）34-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.024

1 概述

現(xiàn)場總線技術(shù)是工業(yè)通訊系統(tǒng)，它使用一類傳輸介質(zhì)（如雙絞線、光纖等），用比特串傳輸，將分散的現(xiàn)場設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動器、變送器）連線到中央控制或管理系統(tǒng)。常見的現(xiàn)場總線有PROFIBUS、MODBUS、FF、CONTROL NET。杭州和利時自動化有限責(zé)任公司現(xiàn)場總線的現(xiàn)場是基于PROFIBUS。

2 簡要介紹

某火電2*660MW燃煤機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)版本V6.5.2 Build 180控制器為SM220，現(xiàn)場總線控制策略約占全部控制系統(tǒng)的80%左右）：

2.1 DCS系統(tǒng)規(guī)模

鍋爐（含吹灰、脫銷）：常規(guī)I/O點3429點，DP設(shè)備126個，PA設(shè)備220個。汽機(jī)（含MEH）：常規(guī)I/O點1908點，DP設(shè)備99個，PA設(shè)備160個。電氣：常規(guī)I/O點775點。

2.2 DCS系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)網(wǎng)：4個操作員站，1個工程師站，2臺歷史站，1個SIS接口站，2臺通訊站。控制網(wǎng)：配置31個控制站，其中鍋爐15個站，含1個遠(yuǎn)程I/O站，1個吹灰站，1個脫銷站；汽機(jī)12個站，含1個遠(yuǎn)程I/O站，2個MEH站；電氣4個站?？偩€網(wǎng)段設(shè)計：用于現(xiàn)場總線控制的控制器已經(jīng)考慮在常規(guī)DCS系統(tǒng)的16個控制站中。單元機(jī)組配置PA子網(wǎng)76個，DP子網(wǎng)73個。

2.3 杭州和利時自動化有限責(zé)任工作現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（DP主站為索取數(shù)據(jù)的站、DP從站為提供數(shù)據(jù)的站）、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。杭州和利時自動化有限責(zé)任公司的現(xiàn)場總線協(xié)議主要用到以下協(xié)議：DP（Decentralized Peripherals），傳輸速度快，數(shù)據(jù)信息量大。主要用于DCS系統(tǒng)內(nèi)以及DCS與閥島、變頻器、智能馬達(dá)控制器、現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的通訊；PA（Process Automation），傳輸速度較慢，數(shù)據(jù)信息量較小，總線控制系統(tǒng)可以給就地儀表供電。主要用于DCS與現(xiàn)場儀表的通訊。

3 現(xiàn)場總線控制技術(shù)與常規(guī)DCS控制系統(tǒng)比較

自2013年以來，某火電燃煤機(jī)組現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)隨主機(jī)平穩(wěn)地運行了兩年，期間從未發(fā)生過一起因現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)所引起的機(jī)組非停事故，總結(jié)其與傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)比較有如下優(yōu)點：

第一，采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)比傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)節(jié)約了大部分工程造價，如電纜、電纜橋架、工作量等。

第二，現(xiàn)場總線控制技術(shù)比傳統(tǒng)的DCS有更為強(qiáng)大的自診斷功能，當(dāng)其任一條現(xiàn)場總線故障后現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的自診斷信息會將其故障信息全部顯示在總線控制系統(tǒng)的上位機(jī)上。無需特殊的操作，檢修技術(shù)人員就能清晰地得知故障信息，使檢修技術(shù)人員能夠迅速處理故障源。

第三，由于現(xiàn)場總線控制技術(shù)的公用線采用帶終端電阻式的串連方式，當(dāng)系統(tǒng)故障時，把故障設(shè)備隔離后不影響整條線路上其他設(shè)備的正常工作，而DCS系統(tǒng)公用線故障時處理比較繁瑣。

第四，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)所控制的就地設(shè)備嚴(yán)重故障后能隨意更換帶有現(xiàn)場總線功能的設(shè)備，更換后組態(tài)工作比較簡便，只需在線下將設(shè)備調(diào)試完畢，將設(shè)備接入系統(tǒng)就可完成更換。而傳統(tǒng)的DCS控制技術(shù)更換就地設(shè)備需要DCS系統(tǒng)多次改變給定值，并根據(jù)給定值調(diào)節(jié)反饋值，更換操作步驟較多。

第五，現(xiàn)場總線控制技術(shù)對現(xiàn)場施工和檢修的工藝要求比較高，尤其是現(xiàn)場總線控制技術(shù)用于通訊的雙絞線的屏蔽線接線方法，對現(xiàn)場技術(shù)人員技術(shù)水平要求較高，一般現(xiàn)場技術(shù)人員沒有經(jīng)過廠家長時間的專業(yè)培訓(xùn)無法勝任此工作。而傳統(tǒng)的DCS對施工時的技術(shù)水平要求不是很高，檢修技術(shù)人員很快就能熟練地掌握其施工技術(shù)。

第六，現(xiàn)場總線控制技術(shù)抗干擾能力較差，尤其是在變頻器附近敷設(shè)雙絞線時，不僅要求雙絞線的屏蔽層可靠接地，而且還要求變頻器接地端時刻可靠接地。

第七，由于現(xiàn)場總線控制技術(shù)的DP總線屬于高速數(shù)據(jù)傳輸總線，因此采用常規(guī)遠(yuǎn)距離的DP總線鏈接DP網(wǎng)段時對接地的要求很高，而且需要等電勢接地才能避免高頻干擾。傳統(tǒng)的DCS控制技術(shù)只需要滿足單點接地的要求即可。相對于傳統(tǒng)的DCS控制無形中增加了工作量。

第八，現(xiàn)場總線控制技術(shù)現(xiàn)場安裝的總線控制柜有的溫度較高、有的溫度較低，為避免影響設(shè)備使用壽命，廠家在就地控制柜內(nèi)安裝了智能溫控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的DCS控制柜不提供此項功能，如果需要此功能，現(xiàn)場技術(shù)人員要根據(jù)現(xiàn)場實際要求自行設(shè)計解決，無形中增大了現(xiàn)場技術(shù)人員的工作量。

第九，現(xiàn)場總線控制的上級控制器死機(jī)后現(xiàn)場就地設(shè)備能夠完成控制器組態(tài)下達(dá)的任務(wù)，而當(dāng)傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)出現(xiàn)控制器死機(jī)后只能采取強(qiáng)送電或者帶病運行擇機(jī)檢修的技術(shù)手段。

第十，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)備管理軟件功能強(qiáng)大，可以方便地讀取總線及設(shè)備信息，完成設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)修改，并且在后期可以進(jìn)行總線的二次開發(fā)，以滿足數(shù)字化電廠的需求，這些是DCS系統(tǒng)所做不了的。

第十一，現(xiàn)場總線控制技術(shù)與常規(guī)4～20mA控制兼容，如就地電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)場總線控制方式失靈（極端的通訊斷路），杭州和利時現(xiàn)場總線技術(shù)支持由現(xiàn)場總線控制無擾切換至常規(guī)4～20mA控制策略。

第十二，傳統(tǒng)的DCS技術(shù)規(guī)范中對現(xiàn)場信號的采集周期要求為模塊模擬量輸入每秒至少掃描和更新4次，所有數(shù)字量輸入每秒至少掃描和更新10次，為滿足某些需要快速處理的控制回路要求，其模擬量輸入信號應(yīng)達(dá)到每秒掃描8次，數(shù)字量輸入信號應(yīng)達(dá)到每秒掃描20次，而采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)對復(fù)雜的就地設(shè)備進(jìn)行控制時其掃描周期最大值約為123ms，分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)要求。

第十三，采用現(xiàn)場總線技術(shù)后涉及現(xiàn)場總線技術(shù)的設(shè)備，兩年來除日常停機(jī)檢修工作以外未增加一起額外的現(xiàn)場維護(hù)工作，相比于傳統(tǒng)的DCS控制設(shè)備維護(hù)量顯著下降。

第十四，采用現(xiàn)場總線技術(shù)的控制方案其控制器內(nèi)組態(tài)與原來系統(tǒng)組態(tài)方式一致，與傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)組態(tài)工作相比增加了現(xiàn)場總線設(shè)備內(nèi)的部分組態(tài)工作。

第十五，采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)的控制方案要求就地設(shè)備具有現(xiàn)場總線功能，而具有現(xiàn)場總線控制功能的設(shè)備造價一般是傳統(tǒng)設(shè)備的2～3倍，增加了部分工程

造價。

4 結(jié)語

本文以現(xiàn)場總線控制技術(shù)在某2*660MW火電燃煤機(jī)組實際應(yīng)用為例，介紹了現(xiàn)場總線控制技術(shù)在火電廠應(yīng)用的范圍，并與傳統(tǒng)的DCS進(jìn)行多方位的對比，指出了現(xiàn)場總線控制技術(shù)的利弊。

參考文獻(xiàn)

[1] 火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運行維護(hù)規(guī)程（DL/T 774-2004）[S].

作者簡介：常志國（1984-），男，大唐陜西發(fā)電公司延安熱電廠生產(chǎn)準(zhǔn)備部助理工程師，研究方向：火電廠熱工自動控制等。

（責(zé)任編輯：陳 潔）