現場總線技術在寧夏魯能鴛鴦湖電廠(2×600 MW)2號機組的應用研究

摘要：現場總線技術，以其智能化和先進性，成為自動化控制系統的發展主流。文章重點討論了現場總線在寧夏魯能鴛鴦湖電廠的具體應用原則，并以ABB公司的DCS系統為例，介紹了現場總線在火電廠600MW空冷超臨界機組的具體應用。

關鍵詞：現場總線；寧夏魯能鴛鴦湖電廠；控制系統

中圖分類號：TM621.2文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0034-02

現場總線技術，即采用總線的方式連接現場智能設備，將數字化延伸到變送器、執行機構等現場設備，實現提升控制品質、智能化設備管理、降低施工成本和周期和未來的維護成本的目的。目前，現場總線技術在石化行業已有廣泛的應用，如上海賽科。但在國內電力行業，現場總線技術雖有應用，但多停留在過程測點監視方面，控制回路應用極少。

本文結合寧夏魯能鴛鴦湖電廠采用的ABB公司現場總線技術，詳細介紹了現場總線600 MW火力發電機組具體應用案例。

1總線標準介紹

現場總線技術是目前自動化領域最先進成熟的技術之一。其概念一經提出，各國際大公司都致力于發展自己的現場總線標準，以期在未來的競爭中占得先機。截至目前為止，現場總線的標準已經有40多種。但就電力行業而言，廣泛采用的現場總線標準是FF、Profibus、DeviceNet等，而寧夏魯能鴛鴦湖電廠2號機組所采用的現場總線技術為FF總線和Profibus總線技術。

現場總線總的應用原則是：保證安全可靠的前提下，兼顧經濟性；合適的地方用合適的總線技術。無論哪種總線技術都無法涵蓋電廠中的所有設備類型，因此電廠控制系統必然是綜合使用多種主流總線技術，包括Ff、Profibus等，實現系統的高可靠性、高可用性、先進性、可擴展性。各種總線技術的特點和側重點不同，也就有了不同的應用范圍。

FF現場總線：可用于連續測量點或者控制點，多用于壓力、溫度、液位、化學分析等測量點、氣動閥門定位器和電動執行機構等。在電廠控制中，可用于汽包水位控制、汽包壓力控制、給水加熱器水位控制、冷凝器水位控制、蒸汽溫度控制等回路。采用FF控制回路時，其總線段宏循環周期一般設500 ms，而控制回路周期一般設為1 s。當然，這并不意味著FF無法用于更快回路的控制，僅僅因為宏循環周期愈短，網段所連接設備就越少，整體性能價格比將大為降低。

Profibus DP：用于電氣量的監測、直接在線馬達控制、變速馬達控制、現場供電的執行機構等。在電廠中，可用于電動閥門、變頻器、中低壓斷路器、馬達控制中心等設備。其通訊速率一般設置為500 kbit/s。在控制系統中，其執行周期可設置為500 ms。

對于熱工部分，本電廠2號機組的應用范圍如下：

其一，鍋爐側。風煙系統的壓力及風量測點和脫硫系統的壓力測點全部采用FF總線方式，脫硫系統的12個電動門采用Profibus總線方式；其二，汽機側。抽汽系統的壓力測點，開閉式水系統的壓力測點，以及輔汽系統和采暖加熱站的壓力測點全部采用FF總線方式，同時抽汽系統和輔汽系統及采暖加熱站的電動門采用Profibus總線方式。

對于電氣部分，本電廠只在擴容器水箱輸送泵的電氣控制方面應用Profibus總線方式，這一部分也不在本文的重點描述范圍內。

2現場總線在寧夏魯能鴛鴦湖電廠2號機組的應

用案例與研究

2.1安裝與布線

對于Profibus總線，現場主要以RS485（高速H2）為主要傳輸協議，而FF總線則是以848T雙絞線為傳輸介質，就地的模擬量信號轉換成數字量信號后，通過這一對線傳輸。

每個現場總線端子接線盒最多可以帶8個848T，而每個848T可以配置8個測點信號通道，根據需要可以接熱電阻和熱電偶兩種信號，848T上提供信號端子連接。現場總線端子接線盒和848T分布在就地離測點較近處，這樣可以大大減少就地測點到柜子之間敷設電纜的成本。

2.2總線協議

對于Profibus總線，其協議訪問方式兼有多主通信和主從通信，首先介紹下主站和從站以及令牌調度原理：主站在一個限定時間內（Token Hold Time）對總線有控制權；從站只是響應一個主站的請求，它們對總線沒有控制權。令牌調度原理就是在多主網絡中令牌調度必須確保每個主站有足夠的時間完成它的通信任務，用戶組織全部目標令牌循環時間（TTR）進入所有主站的通信任務帳戶，每一個主站根據下列公式計算它接收令牌后完成它的通信任務的時間（TTH）：TTH=持有令牌時間，TTR=目標令牌循環時間，TRR=實際令牌循環時間。公式為：TTH =TTR-TRR。

本機組PROFIBUS總線訪問協議（FDL）的特點主要有以下幾個方面：主站或從站可以在任何時間點接入或斷開，FDL 將自動地重新組織令牌環；令牌環調度確保每個主站有足夠的時間履行它的通信任務，因此用戶必須計算全部目標令牌環時間（TTR）；總線訪問協議有能力發現有故障的站，失效的令牌，還有重復的令牌傳輸錯誤和其他所有可能的網絡失敗；所有信息（包括令牌信息）在傳輸過程中確保高度安全以免傳輸錯誤和其他所有可能的網絡失敗；所有信息（包括令牌信息）在傳輸過程中確保高度安全以免傳輸錯誤。

對于FF總線，其協議是根據國際標準化組織和七層協議標準提出的，共使用了七層協議中的三層：1、2和7層，即物理層、數據鏈層和應用層，并增加了第八層用戶層。

2.3現場應用實例調試過程中出現的問題及解決方法

2.3.1現場閉式膨脹水箱液位變送器應用FF總線現場

端子盒接線方式

圖1為現場閉式膨脹水箱液位變送器應用FF總線現場端子盒接線方式。

故障分析和解決：在2號機組點火吹管期間，采用FF現場總線方式的開式循環水泵出口母管壓力測點壞點，經過上位機程序故障診斷發現故障原因為通訊故障。現場檢查發現，是FFT-BOXl（+）端連接到就地TRUNK IN（-）端子上造成通訊不通，將正負端互換后故障消除。對于FF總線應用到現場變送器這類應用，一般故障情況分為以下兩類：一是接線錯誤，此類原因很容易查明并解決；二是變送器測量故障，此類原因是變送器本身故障，可將變送器拆卸進行檢查或更換。

2.3.2現場EMG電動執行機構應用Profibus總線的實例

圖2為就地DP從站的內部結構與配線。

圖2中第一排為電源端子排，第二排為冗余24V電源轉換模塊及濾波模塊，第三排為DP/PA鏈接器

對于總線型EMG電動門，接線方式和對其IDL直列式撥碼開關的調整和地址盤的設定，具體可參考EMG說明書，需要說明的是就地執行機構在此DP從站上的地址一定要和上位機里的設置對應。

故障分析及解決：對于電動執行機構應用Profibus總線的故障分析應從以下幾個方面入手：其一，檢查執行機構接線和設置，總線型和硬接線型不論是在接線方面，還是在電氣設置方面都有很大的不通，查閱資料和與廠家溝通是必不可少的；其二，檢查上位機程序設置，此環節需要上位機廠家和執行機構廠家雙方及時溝通并由執行機構廠家提供源文件和控制信息給上位機廠家；其三，檢查DP從站是否工作正常，一般情況下同一個DP從站上的所有控制設備都出現異常即可判定是DP從站內部故障或通訊故障。

3結語

現場總線控制技術的出現，極大的改變了當今火力發電廠控制方式，它與常規DCS控制技術的本質差異在與現場級設備的數字化和網絡化，實現控制裝置與現場裝置的雙向通信，消除電廠生產過程中監控信息的盲點，同時現場總線技術為控制電廠基建成本及生產成本方面提供了效果明顯的應用方案，寧夏魯能鴛鴦湖電廠的現場總線應用就從實踐方面很好的證實了以上結論。

參考文獻：

[1] 劉澤祥.現場總線技術[M].北京:機械工業出版社，2005.

[2] 王永華.現場總線技術及應用教程－從Profibus到FF[M].

北京:機械工業出版社，2007.