河源電廠電氣控制系統中現場總線技術的應用

陳 田 王雅珺

（深能合和電力〈河源〉有限公司 廣東 河源 510725）

0 引言

現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行和多點通訊的數據總線，以現場總線為基礎而發展起來的全數字控制系統稱作現場總線控制系統。由于現場總線技術本身具有的優勢及為將來實現現場設備級的數字化創造條件，河源電廠廠用電控制系統決定采用現場總線技術。

1 廠用電控制系統現場總線的選擇

1.1 廠用電控制系統的特點

我們選擇什么樣的總線，首先要分析廠用電系統的特點，廠用電控制系統有如下特點：

1）廠用電系統實現的是順序控制，即數字量控制，模擬量信號僅作監視，不參與系統邏輯控制；

2）控制系統中某些功能對動作時間和響應速度有很高要求，所以要求廠用電系統宜采用高速現場總線；

3）廠用電系統控制對象多，信息量大；

4）廠用電智能前端設備安裝在6kV 或380V 配電裝置內，要求有很好的抗干擾能力；

5）電氣配電裝置分散在電廠的各處地方，因此要求總線有較長的傳輸距離。

1.2 當前在廠用電系統運行業績較多的總線

當前在廠用電系統運行業績較多的總線主要有以下幾種：

1）Modbus 技術成熟，易設計，維護方便，但抗干擾能力不強、數據傳輸速率低、傳輸距離短；

2）Profibus-DP, 適應于設備級控制系統與分散I/O 之間的高速通信，在國內380V 斷路器、智能馬達控制器及智能儀表領域多數廠家都支持該協議；

3）CAN,CAN 的成本低，實時性好，抗干擾能力較強，通信距離可達10kM；

4）Lonworks,有非常好的可靠性，而且便于系統擴展，但具有相當大的專用性，對資源配置需求高，總體費用較高；

5）工業以太網，是現場總線網絡技術與以太網開放型網絡技術的結合，具有成本低、速度快、容量大的特點。

1.3 河源電廠廠用電控制系統現場總線的確定

河源電廠為2×600MW 機組，廠用電系統比較復雜。 根據廠用電控制系統的特點和各種現場總線的應用條件和范圍、 結合現場實際，決定廠用電控制系統采用工業以太網與Profibus、Lonworks 相結合的總線控制策略。

2 河源電廠電氣控制系統現場總線的實際應用

2.1 河源電廠廠用電控制系統的構成

河源電廠廠用電控制系統采用現場總線和DCS I/O 相結合的方式，每臺機組電氣系統設置一套廠用電計算機監控系統，計算機監控系統采用分層分布式結構，網絡結構采用三層設備雙層網形式。 整個系統由主站層、通信子站層和連接主站層與通信子站層的高速光纖以太網以及連接通信子站層與間隔層的現場總線構成。廠用電監控系統經過雙冗余通訊服務器與DCS 通訊進行連接， 廠用電監控系統由單元機組廠用電監控系統和公用廠用電監控系統組成。單元機組廠用電監控系統接入單元機組DCS，公用廠用電監控系統通過冗余網絡交換機與兩臺單元機組廠用電監控系統連接，并通過軟、硬件閉鎖措施僅能接受其中一臺機組的廠用電監控系統的操作。

主站層設備負責整個系統的集中監控， 由1 臺工程師兼操作員站、雙機冗余配置的系統服務器、雙機冗余配置的網絡交換機、雙機冗余配置的DCS 接口機、SIS 接口機、以及其它網絡設備組成。

前置層設備即通訊子站層，主要由安裝于電氣繼電器室的多串口通訊服務器即公用接口機和安裝在各配電裝置內的雙冗余通訊管理單元組成。 它具有數據處理及通訊功能，用以實現間隔層設備和站控層設備之間信息的“上傳下發”，并監視和管理各測控單元等設備。 通訊管理單元與監控主站采用雙冗余的光纖以太網連接，與間隔層設備可根據設備情況采用ProfiBus、LonWorks 或工業以太網進行連接。6kV綜合保護測控單元通過雙LonWorks 現場總線與通訊管理單元進行連接；380V 斷路器智能儀表和馬達控制器通過ProfiBus 現場總線與通訊管理單元連接。

2.2 河源電廠現場總線方式的廠用電控制系統的優點

1）電氣信息量采集完整。 采集的電氣信息量包括了所有的電流量、電壓量、頻率、啟動信息、保護動作信息、開關狀態、控制回路監控信息等，為實現電廠電氣系統高度自動化運行及管理提供了硬件基礎。

2）降低了設備成本。采用現場總線控制模式一方面可以減少大量的DCS 隔離器件、端子柜、I/O 卡件等，另一方面綜合智能測控單元直接安裝在開關柜上，開關柜外采用總線進行通信連接，可以大幅度節省控制電纜。

3）減少施工和維護工作量。控制電纜的大幅減少就意味著施工工作量的減少，取消了大量的硬接線進一步減少施工、安裝、調試、檢修和維護的工作量。

4）提高了廠用電運行的可靠性。首先FECS 可以作為DCS 控制的后備，在DCS 故障時可以實現對廠用電的控制和監控，另外，由于各智能測控單元功能獨立、風險分散，任何一個測控裝置的故障僅涉及到相應元件，不會影響其它間隔，影響范圍小，提高了整個系統的可靠性。

5）提高了信息轉換的精度和可靠性。 使用現場總線避免了信號（特別是4-20mA 模擬信號量）在傳輸中的衰減和干擾問題，從而提高測量的精度和可靠性。

2.3 河源電廠基于現場總線技術的廠用電控制系統的存在的問題及解決辦法

1）廠用電控制系統電氣信息量采集完整的優勢未得到完全發揮。

雖然基于現場總線技術的廠用電控制系統電氣信息量采集完整，為實現電廠電氣系統高度自動化運行及管理提供了硬件基礎，但廠用電監控系統通過通信將電氣信息量傳輸給DCS 后， 由于DCS 本身原有數據量非常巨大， 加之設計時沒有對電氣信息量加以規范和篩選，因此導致電氣信息量采集完整的優勢未得到完全發揮

針對以上問題，應該實際需要制定一定的原則，對傳輸給DCS 的數據加以規范和篩選，剔除沒有必要的數據，完善DCS 軟件，將必要的電氣量信息與現場設備對應顯示，方便運行人員監控和操作，充分發揮電氣信息量采集完整的優勢。

2）廠用電控制系統現場總線系統的總體優勢未能體現。

目前，由于廠用電監控系統軟件的局限性導致事故追憶和事故分析、在線設備分析、仿真培訓、性能計算及經濟性分析等模塊功能暫時未能實現。 另外，由于現場智能儀表計量功能的缺陷導致系統中部分計量數據存在偏差，一定程度上削弱了現場總線系統的總體優勢。

針對以上問題，一則，必須逐步完善和改進廠用電控制系統軟件，相關的系統的二次開發更是有待時日；另則，必須改進現場智能儀表計量功能，加強對現場智能儀表的定期檢驗、確保現場采樣的精度。

3 結束語

現場總線技術在河源電廠廠用電控制系統的應用是成功的，雖然還存在少許問題，但通過技術人員的努力必將徹底解決，必將為實現河源電廠的全面數字化生產和管理奠定堅實基礎。現場總線技術在河源電廠廠用電控制系統的應用可供兄弟電廠借鑒和參考。