電站現場總線布線的優化應用

摘 要：介紹了現場總線的特點和現狀，根據電站常用的FF和Profibus兩種總線安裝線的特點，提出根據現場實際情況優化現場總線設備安裝。只有總線電纜敷設工藝達到要求，總線控制才能夠滿足電站各種復雜控制回路的調節。

關鍵詞：現場總線；電纜布線；自動化系統；智能儀表

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.082

20世紀90 年代以來，隨著智能控制設備、計算機、網絡技術的發展，現場總線技術迅速發展，現場總線的智能儀表與開放自動化系統已經成為了當今工業自動化發展的熱點。按照國際電工委員會IEC61158標準的定義，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裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。簡單的說，現場總線就是用數字通信替代了4～20 mA模擬信號和開關量信號，連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統，它是一種全計算機化、全數字化、雙向通信的新型控制系統。

1 電站常用的現場總線

2003-04，IEC61158 Ed.3現場總線標準第三版正式成為國際標準，它規定了10種類型的現場總線，包括TS61158現場總線、ControlNet和Ethernet/IP現場總線、Profibus現場總線、P-NET現場總線、FF HSE現場總線、SwiftNet現場總線、World FIP現場總線、Interbus現場總線、FF現場總線和PROFInet現場總線。對于電站控制系統，常采用兩種總線技術，分別為FF現場總線技術和Profibus現場總線技術。

1.1 FF現場總線技術

基金會現場總線，即Foudation Fieldbus，簡稱FF，成立于1994年，是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制定的WordFIP協議。1996年發布FF通信協議的第一版H1，2000-11-01公布第二版H2（HSE）。FF總線在電站應用常采用 H1總線技術，應用于現場氣動執行機構的控制和現場智能儀表數據的采集。

1.2 Profibus現場總線技術

Profibus是作為德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現場總線，ISO/OSI模型也是它的參考模型。Profibus系列由Profibus DP、Profibus FMS、Profibus PA組成。DP型總線用于分散外設間的高速傳輸，FMS意為現場信息規范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化。Profibus總線在電站應用常采用DP總線技術，常來控制電動兩位門、電動調門和馬達保護器。

2 優化現場總線布線需要注意的問題

總線控制敷設的電纜采用專用電纜，布線工藝達到總線要求，從試運過程的使用情況來看，總線使用情況良好，基本能夠滿足電站各種復雜控制回路的調節速度要求。

2.1 總線布線時需要注意的問題

現場總線電纜與傳統儀表布線相似，但是在總線布線時，要特別注意以下幾點問題：①動力電纜與信號電纜應該是分線槽布線，總線電纜應敷設在通信電纜或電壓等級低于直流60 V、交流25 V的弱電電纜槽里，同時線槽應蓋上蓋板，盡量全封閉。現場無法分線槽布線，則要求跟400 V以下的電纜至少要保持10 cm的距離，跟400 V以上的電纜至少保持20 cm的距離，并中間加金屬隔板進行隔離，同時，金屬線槽要做接地處理。②總線電纜在線槽外布線時，應采用穿金屬管的方式，外部的金屬套管需要接地。③應避免總線電纜與動力電纜長距離平行布線，可以交叉布線。④盡量

將電纜貼近大面積的金屬板，總線電纜應與大面積的金屬板或“地平面”貼近。⑤總線電纜敷設時不要繃得過緊，不能出現過小的彎曲半徑，避免電纜過長時形成環狀。⑥在控制柜內布線時，總線電纜盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內走線，不要在柜內形成環，特別要避免總線電纜將變頻器等干擾源包圍。

2.2 優化FF總線布線時需注意的問題

優化FF總線布線時，需注意以下幾個問題：①FF總線要求單點接地，一般不在就地設備上接地（剪掉就地儀表屏蔽線，并用絕緣膠布包扎）。在就地接線盒處將主干網和分支電纜的屏蔽連接在一起（FF總線電纜屏蔽線接到屏蔽端子），最終FF電纜屏蔽在控制機柜卡件側。②FF總線的電纜芯線不能撥出太長，并要加線鼻子，從FF黑盒到現場儀表電纜長度不要超過30 m。

2.3 優化DP總線布線時需注意的問題

優化DP總線布線時，需注意以下幾個問題：①DP總線連接的站點分布較廣，采用多點接地的方式。在某網段出現接地點電勢不相等的情況，影響到通訊或易造成設備損壞時，需要增加額外的等勢線，將兩個設備的“地”進行連接。②DP總線在馬保等設備上使用DB9插頭接線時，需將總線電纜屏蔽層剝開，壓在插頭內的金屬部分，通過DB9口與安裝底板相連接，實現了屏蔽層的接地。③DP總線的總線電纜芯線不能撥出太長，并要加線鼻，電纜一般紅正綠負，保持一致，不能接錯。④DP總線的主機系統與就地接線柜一般采用光纜通信，而就地接線柜與總線智能設備通信速率與最大通信長度也是有著嚴格的要求（如表1所示），一個網段的布線從就地接線柜的光電轉換器開始，到回到就地接線柜的終端電阻，整個電纜長度不能太長。

3 診斷的常用工具

在現場布線施工、單體調試時期，還會使用一些總線網絡診斷設備，不僅可以幫助我們診斷設備故障，還可以為優化總線布線提供依據。

BT200和FBT-6（如圖1所示）是DCS廠家提供的總線網絡診斷設備，分別用來檢查DP總線和FF總線智能設備在網絡連接的質量（比如斷線、短路等），同時也可以作為優化總線網絡設置和網絡布線的依據。

4 結束語

由于電站生產過程的控制是一個復雜的工業控制過程，全廠范圍內使用總線控制的電站很少，但是，現場總線控制系統作為新一代的控制系統，一種全數字化的控制系統，經過總線技術的不斷成熟，全廠現場總線的應用將電站自動化控制帶入到一個嶄新的的時代。

參考文獻

[1]陽憲惠.現場總線技術及應用[M].北京：清華大學出版社，1999.

[2]夏德海.現場總線的困惑、無奈與出路[J].世界儀表與自動化，2001（12）.

作者簡介：劉磊（1978—），男，2003年畢業于中原工學院計算機科學與技術，學士學位，電力工程師，現主要從事大型火電機組熱控調試工作。

〔編輯：王霞〕

Abstract： This paper describes the characteristics and status of fieldbus power plant according to the characteristics of two common FF and Profibus bus line installation， made according to the actual situation optimizing fieldbus installation. Only the bus cabling technology to meet the requirements， the bus control to be able to meet a variety of complex power plant control loop adjustment.

Key words： fieldbus； cabling； automation systems； smart meter