現(xiàn)場(chǎng)總線在國(guó)內(nèi)電廠的應(yīng)用

袁亞敏

【摘 要】現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場(chǎng)總線；PROFIBUS；應(yīng)用；金陵；肇慶

一、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的工業(yè)控制通訊技術(shù)，目前正逐漸成為工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)及智能化儀表的關(guān)鍵核心技術(shù)。以現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）控制分散，且能在線運(yùn)行條件下對(duì)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行診斷，能進(jìn)一步提高運(yùn)行可靠性。

（2）雙向數(shù)字式傳輸，避免了模擬量信號(hào)在傳輸過(guò)程中的受干擾和衰減，傳送精度高。

（3）施工、安裝方便，能節(jié)省50～75%的電纜，儀表柜及相應(yīng)的工程量，而且特別適用于防爆等級(jí)要求較高的現(xiàn)場(chǎng)。

（4）通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化，只要合乎總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表都可以與此方便地聯(lián)用和通訊。

目前，國(guó)內(nèi)受關(guān)注較多的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要包括HART、PROFIBUS、FF等種類，國(guó)內(nèi)的研發(fā)工作也主要是圍繞著以上幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來(lái)進(jìn)行的。

二、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)外電廠的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)電廠的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用工作也得到了實(shí)質(zhì)性推進(jìn)，2010年華能南京金陵電廠和吉林九臺(tái)電廠全面應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的電廠相繼投產(chǎn)，應(yīng)用范圍更廣、更全面，是真正意義上的全廠現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用：

1、南京金陵電廠現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用

華能南京金陵電廠位于南京市，現(xiàn)擁有2×390MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組和2×1030MW超超臨界燃煤機(jī)組。其中兩臺(tái)百萬(wàn)燃煤機(jī)組DCS、DEH控制系統(tǒng)采用西門子控制有限公司的SPPA-T3000系統(tǒng)，精處理、化學(xué)制水系統(tǒng)采用了西門子S7-400系統(tǒng)，廢水處理使用了西安熱工院的FCS165系統(tǒng)。幾個(gè)系統(tǒng)都支持PROFIBUS總線協(xié)議，全部使用了分散控制和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

1）主控制系統(tǒng)：機(jī)組主控系統(tǒng)共有26+2對(duì)控制器，設(shè)計(jì)了場(chǎng)總線通訊柜35只、51個(gè)冗余Profibus-DP網(wǎng)段、11個(gè)非冗余Profibus-DP網(wǎng)段、124個(gè)Profibus-PA網(wǎng) 段 其中Profibus DP連接358個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備段。

2）輔助控制系統(tǒng)：補(bǔ)給水和脫硫程控采用SIEMENS PLC現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)；凝結(jié)水精處理程控也采用SIEMENS PLC現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)；凈水和廢水程控采用FCS165現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。

3）總線設(shè)備的測(cè)試：先后完成了四大類16種現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的測(cè)試（即電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：ROTORK、SIPOS、EMG、AUMA，變送器：ROSEMOUNT、ABB、EJA、SIEMENS、SIEMENS超聲波物位計(jì)、Magnetrol液位計(jì)，氣動(dòng)閥門定位器：SIEMENS ABB，智能馬達(dá)控制器：SIMOCODE、金智科技、丹東華通、蘇州萬(wàn)龍電廠根據(jù)總線設(shè)備的測(cè)試和評(píng)價(jià)報(bào)告，及時(shí)召集相關(guān)專業(yè)對(duì)總線設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用、設(shè)備技術(shù)支持情況、工程應(yīng)用業(yè)績(jī)和產(chǎn)品技術(shù)性能進(jìn)行討論，形成了金陵電廠總線設(shè)備的選型指導(dǎo)原則。

4）總線設(shè)備及網(wǎng)段的確定：出于安全運(yùn)行和回路處理速度的考慮，F(xiàn)SSS、DEH和ETS采用成熟的常規(guī)控制方式設(shè)計(jì)，最終確定了單元機(jī)組有997 個(gè)總線設(shè)備在機(jī)試期間出于安全考慮，又將11個(gè)總線設(shè)備改為常規(guī)控制。

5）安裝、調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題：總線電纜施工工藝的質(zhì)量問(wèn)題，在實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多由于施工問(wèn)題導(dǎo)致的總線電纜線芯變形、屏蔽破損和PA設(shè)備接線端子進(jìn)水，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊故障，且此類故障排查困難，只能逐個(gè)設(shè)備排查，找出問(wèn)題電纜更換。此類問(wèn)題在于施工期緊張，電建公司對(duì)總線電纜敷設(shè)認(rèn)識(shí)不夠，總線電纜進(jìn)入設(shè)備時(shí)穿線孔過(guò)小，引起電纜受損。

在實(shí)際的施工中發(fā)現(xiàn)經(jīng)常存在DP設(shè)備終端電阻誤設(shè)，電纜正負(fù)極性和兩網(wǎng)交叉接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊故障。實(shí)際調(diào)試中還發(fā)現(xiàn)了部分總線設(shè)備未按網(wǎng)段圖施工的現(xiàn)象，對(duì)問(wèn)題的處理制造了障礙。

2、國(guó)電電力肇慶現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用

該項(xiàng)目新建2臺(tái)350MW超臨界燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，DCS采用智深公司的EDPF-NT系統(tǒng)，在DCS現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。其覆蓋范圍包括：機(jī)、爐、電、除塵、除灰等范圍。不減少DCS控制器的配置，調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯仍按照工藝系統(tǒng)劃分在DCS控制器中集中處理。

1）總線網(wǎng)段劃分原則：根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的I/O清冊(cè)、P&ID圖并結(jié)合DCS廠家提供的DPU分配清冊(cè)，整理出網(wǎng)絡(luò)分段資料。

先確定所有將納入總線系統(tǒng)中的就地設(shè)備類型，分為雙DP型、單DP型、PA型。

確定設(shè)備所在的系統(tǒng)，一般同一系統(tǒng)中的設(shè)備應(yīng)放在一起。

考慮到設(shè)備所對(duì)應(yīng)DPU的帶載能力，不應(yīng)將過(guò)多設(shè)備集中在同一臺(tái)DPU下。同一網(wǎng)段下的設(shè)備不能超過(guò)Profibus協(xié)議的規(guī)定最大數(shù)量。冗余DP設(shè)備與單DP、PA設(shè)備不混接，一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)最多接10臺(tái)冗余DP設(shè)備。單DP設(shè)備可以與PA設(shè)備混接于同一網(wǎng)段，混接的網(wǎng)段內(nèi)設(shè)備總數(shù)不應(yīng)超過(guò)12臺(tái)。一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的PA設(shè)備分支數(shù)量不應(yīng)超過(guò)兩個(gè)，每個(gè)分支的PA設(shè)備不應(yīng)超過(guò)6臺(tái)。

參考線纜長(zhǎng)度的規(guī)定，綜合系統(tǒng)P&ID圖，考慮設(shè)備的物理位置，將符合以上各條要求且物理位置相近的就地設(shè)備劃分入同一網(wǎng)段，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮走線的合理性。

2）Profibus線纜鋪設(shè)限制：設(shè)備間連接線纜長(zhǎng)度不得少于1m。如果設(shè)備距離過(guò)近，將使容值疊加，甚至造成信號(hào)位誤判。保證足夠的設(shè)備間線纜長(zhǎng)度使得兩信號(hào)尖峰之間留有延時(shí)，而不至于相互疊加。

當(dāng)一個(gè)網(wǎng)段中只有兩個(gè)設(shè)備，設(shè)備間連接線纜長(zhǎng)度不得少于2m。由于從站ASIC芯片測(cè)得回路電阻≤110歐姆時(shí)，將視為總線中有短路現(xiàn)象而報(bào)錯(cuò)，所以必須保證足夠的線纜長(zhǎng)度以引入足夠的回路電阻。

DP：每個(gè)網(wǎng)段不得超過(guò)400米。

PA：每個(gè)網(wǎng)段總長(zhǎng)度：不得超過(guò)1900米。

PA分支線長(zhǎng)度：

非本安區(qū)域：不得超過(guò)60米。

本安區(qū)域：不得超過(guò)30米。

3）現(xiàn)階段存在的問(wèn)題：

肇慶單網(wǎng)DP、PA設(shè)備實(shí)際接線圖：由于PB卡和Siemens通訊設(shè)置的原因，現(xiàn)場(chǎng)未使用Y-LINK和冗余DP/PA轉(zhuǎn)換器，故只能實(shí)現(xiàn)卡件冗余而現(xiàn)場(chǎng)PROFIBUS DP總線皆為單網(wǎng)的情況

由于智深DCS、Siemens通訊限制的原因，單網(wǎng)DP/PA轉(zhuǎn)換器無(wú)法使用Siemens品牌，只能使用倍加福品牌。

三、結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的突破是把管控信息無(wú)縫隙地結(jié)合在一起，它的最大特點(diǎn)是能夠產(chǎn)生和提供比傳統(tǒng)控制設(shè)備豐富得多的信息，并且這些信息能夠有效地供給生產(chǎn)管理層，實(shí)時(shí)與在線地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和運(yùn)行的綜合管理。它搭建了從運(yùn)行控制到生產(chǎn)管理的暢通的信息渠道，與管理信息系統(tǒng)結(jié)合，可以更準(zhǔn)確更有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)和檢修工作的精確實(shí)施，從計(jì)劃?rùn)z修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為電廠的全面信息化和運(yùn)行管理現(xiàn)代化提供了基礎(chǔ)和平臺(tái)。盡管現(xiàn)階段在電廠的實(shí)際應(yīng)用中還不是十分的成熟，在安裝、調(diào)試過(guò)程中遇到這樣或那樣的困難和不確定因素，機(jī)組運(yùn)行期間的如何保證系統(tǒng)安全，特別是如何有效利用豐富的信息量等方面都需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。但我們不能因此而因噎廢食，停步不前，因?yàn)檎l(shuí)也無(wú)法阻擋科技的進(jìn)步和人類發(fā)展的腳步！

（作者單位：國(guó)電電力邯鄲東郊熱電有限責(zé)任公司）