火電廠現場總線設備的調試與問題處理

邱深辰，羅志浩，王異成

（杭州意能電力技術有限公司，杭州 310014）

火電廠現場總線設備的調試與問題處理

邱深辰，羅志浩，王異成

（杭州意能電力技術有限公司，杭州 310014）

介紹了FOUNDATION FIELDBUS現場總線的特點和調試步驟，結合660 MW超超臨界燃煤機組的投產調試，從現場總線物理連接層和軟件組態配置層2個方面進行了全面的分析，逐一提出了調試運行中應注意的問題，為現場總線的推廣應用提供借鑒。

火電廠；FOUNDATION FIELDBUS；現場總線；應用

某火電廠新建2臺660 MW超超臨界燃煤發電機組，除重要保護以及重要設備的控制系統仍采用硬接線的方式外，其它系統廣泛采用現場總線技術，單元機組總線控制對象數量近千個。目前，機組已完成滿負荷168 h連續試運行并移交試生產，DCS控制系統總體運行平穩可靠，現場總線設備通信正常，控制精確。

本文主要對FOUNDATION FIELDBUS（以下簡稱FF）現場總線、設備調試以及問題處理情況進行介紹和總結。

1 FF現場總線概述

FF現場總線是由現場總線基金會開發，以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。

FF現場總線通信速率分低速H1和高速H2。H1的傳輸速率為31.25 kbps，通信距離可達1 900 m（可加中繼器延長），支持總線供電和安全防爆環境的要求。H2的傳輸速率為 1 Mbps和 2.5 Mbps，通信距離分別為750 m和500 m。

物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發射，協議符合IEC 1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，每位發送數據的中心位置為正跳變或負跳變。正跳變代表0，負跳變代表1，從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息，以保持發送雙方的時間同步。接收方既可根據跳變的極性來判斷數據的“1”“0”狀態，也可根據數據的中心位置精確定位。

FF現場總線的優點有：減少接線與安裝工作，易于集成，簡化操作和維護。目前，國內外應用現場總線技術的DCS遵循的現場總線協議都不同，如艾默生的Ovation系統同時支持Profibus-DP，Profibus-PA，FF和Hart現場協議。

2 FF現場總線的調試步驟

以艾默生Ovation系統FF總線為例，圖1為FF總線測量值換算修正計算邏輯，將測量值按需轉換單位。一般壓力測量值的默認單位為kPa，可以通過輔助邏輯計算得到以MPa為單位的計算值，用于邏輯組態。其調試步驟如下：

（1）完成現場變送器安裝接線，并用羅斯蒙特HART475手操器掃描掛在總線上的設備，確保變送器接線無誤，屏蔽合格。

（2）打開Ovation Developer Studio軟件，找到總線設備所在的Port端口，右鍵掃描總線設備，在右側窗口可以獲取在線設備的ID和Tag號以及廠商型號等信息。

（3）設備Tag號一般在安裝前就可以提前寫入設計提供的設備KKS號，若設備Tag號未作修改，則需要確認設備ID并匹配設計的KKS，在添加設備建點時增加KKS。

（4）在設備所在的端口，右鍵Fieldbus Devices新建測點，設備廠商、型號、版本都要選擇正確，并加入診斷點號（命名規則一般為在設備KKS后綴加ZD），其他選項根據實際情況進行選擇，一般會將Enable Plant Web Alerts選項的取消，保存退出。

（5）確認所建測點無誤后，右鍵Download對應的端口信息。

（6）邏輯組態，一般壓力、流量等變送器的接口邏輯都會在相應的控制任務區內建輔助邏輯頁。在組態頁，選擇FFAI塊作為變送器的接口，并做一些換算修正計算邏輯。特別要注意在Foundation Fieldbus Device選項中選擇正確的功能塊（一般格式為KKS/功能塊號，具體可見所建點的Function Blocks中的FFAI或FFAO），保存邏輯頁。

（7）返回Ovation Developer Studio，右鍵測點KKS，選擇Commission進行設備識別連接，注意選擇與實際設備相匹配的設備ID，若設備Tag號已提前寫入KKS，則會自動匹配。若Tag號與所建KKS不一致，則需要通過ID號識別。依次執行下一步，在出現提示是否將該設備作為備份主鏈接時，選擇否。最后等待設備Commissioned，通信正常。

（8）Load相應的控制器，保持主/備控制器數據一致。

（9）下裝完成后，選擇測點的功能塊Function Blocks，在對應FFAI或FFAO右鍵進入Tuning菜單（在線的會有Active后綴），將設備目標模式置為Auto（變送器）或Cascade（調閥），Commit后如實際模式與目標模式一致即為添加成功，如不一致可現場設備斷電重新連接，并Clear端口，重新Download端口。注意Tuning選項中的量程和單位。

（10）查看畫面變送器（調閥）的狀態。若通信正常，變送器的數值和就地顯示將一致，并且實時變化。調閥的指令正確無誤的送至總線型閥門，模擬量反饋應和現場閥門的實際位置一致，偏差在允許范圍內。

3 FF現場總線物理連接層問題分析及處理

3.1 物理連接

物理連接層主要是用于實現現場物理設備與總線之間的連接，是數據傳輸的高速公路。由于大部分總線調試發現的故障均發生在物理連接層，因此設備安裝、接線過程是總線調試工作中需要注重的環節。總線設備安裝降低了電纜需求，一般1條總線網段可以同時掛16臺現場設備，甚至更多。實際應用時總線可承受的設備總數受諸多因素影響，例如DCS控制系統的不同、總線供電、設備電耗、電纜類型、是否使用中繼器、網絡拓撲等。

圖1 FF總線測量值換算界面

如圖2所示，每個FF現場卡包含2個獨立的電隔離Fieldbus通道，通過基座的端子板連接到Fieldbus網絡。FF電源調節器和電源必須外部提供，并且通過總線電纜將現場多個接線箱連接，注意在最末端接入終端電阻。

圖2 FF總線供電示意

現場的FF總線設備可以就近接入到總線箱內，1條總線一般連接1～3只總線箱，每個總線箱掛8個設備。總線箱的專用端子設計了短路保護，短路時指示紅燈亮起，確保單一支路短路故障時不會影響其他設備的正常運行。在總線接線調試過程中，首先要確保總線的主回路連接無誤，屏蔽可靠，并且單點接地，然后逐一掛入總線設備。

現場調試發生的總線物理層連接故障有以下情形。

3.2 總線正負極接錯

總線連接口很多，從設備到總線箱、末級總線箱到上級總線箱、總線箱和電子間的電源調節器、電源調節器到卡件，任一個環節都必須按照要求的正負極接入。

3.3 總線設備錯掛至其他總線回路

由于現場總線箱眾多，一條總線回路有多個總線箱，經常發生設備錯掛現象。在上位機上掃描設備時，一直掃不到需要識別的設備，但就地設備有供電，且指示正常。調試期間，可以通過直接在電子間斷開總線輸入端，確定是否錯掛。

3.4 下級接線箱主路誤接至上級總線箱的設備級支路

將下級接線箱的設備全部掛到一個支路上，下級接線箱內的回路指示都正常，不易發覺，只有到上級接線箱查看時，才可以發現對應的支路指示燈報警。

3.5 總線設備超最大允許個數

不同的FF總線能夠掛多少設備數不一，但一旦設備掛入數量接近或者超過最大允許數量時就容易造成上位機無法識別，或者識別困難。廠商給出的理論掛載個數往往受到多個因素的影響，比如電纜類型、總線距離、設備功耗等。多次出現類似情形，前期設備掃描很順利，隨著設備數量的增多，部分設備無法識別。此時，一般都會將先前已完成組態連接的設備解掛，將無法識別的設備優先接入，完成組態連接后將之前的設備再次接入。

3.6 總線屏蔽問題

現場總線容易受到信號干擾，設備安裝不良、接線不規范、屏蔽措施不到位都容易影響總線信號的傳輸。注意做好電纜屏蔽層連接，總線電纜與強電電纜分開敷設，強弱電纜交匯處使用屏蔽隔板。

4 FF現場總線軟件組態配置層問題分析

4.1 設備與DCS的連接

FF現場總線設備完成物理連接后，需要和DCS控制系統連接后才能傳輸數據。首先需要分配總線網段地址，以便DCS系統能夠訪問總線設備。在調試過程中，掃到網段上的FF設備，讀取設備的廠商型號等信息。通過組態配置傳輸通道，上載設備初始參數到DCS，按照設計要求更改量程單位等參數，確認無誤后下載到現場設備，在線后即能獲取實時現場監視參數。

在FF設備軟件組態、參數修改的調試過程中，主要遇到以下典型問題。

4.2 FF總線卡件未配置文件

新卡需要下載配置文件后才能夠使用，一般出廠前都已進行初始配置，但現場存在添加新卡、更新配置文件的可能，需要現場下載配置文件。因此，可以使用艾默生的硬件診斷工具查看并下載配置文件，并軟件勾選reboot重啟，甚至需要插拔卡件重啟。

4.3 DD文件缺失或版本不一致

DD（設備描述文件）是DCS控制系統識別匹配總線設備的重要文件。一些供貨商的FF現場設備DD文件版本與DCS總線版本不匹配，造成通信不正常，在網段上容易丟包。此時需要與設備廠商配合解決，提供最新的或與設備兼容的DD文件，并將該文件導入到DCS控制系統。

4.4 FF設備無法識別

FF設備被掃到后，正常情況都應該處于備用狀態。但是，實際調試中遇到很多設備處于Unrecognized（無法識別）或Offline（離線）狀態。對于Unrecognized狀態可以右鍵斷開設備連接，刷新后進入Offline狀態，再到現場斷開設備接線，重新接線上電，設備就可以處于熱備用狀態，用于組態連接。

4.5 設備無法切Auto或Cascade模式

FF設備完成組態，配置參數并下載，切換設備模式。FF變送器一般需要切至Auto（自動）模式，調閥需要切至Cascade（串級）模式。調試過程發現很多設備不能切換到目標模式，并處于OOS（Out of Service）模式或者Local模式。這意味著設備連接的失敗，現場監視參數和DCS控制指令不能上傳下達。現場調試出現此類問題的影響因素不一，可從以下幾方面分析處理：

（1）參數設置不正確。在進行Tuning參數配置時，首先將目標模式切至OOS模式，然后注意變送器的測量和輸出量程、單位的設定，L_TYPE方向的選擇，以及其他功能模塊的參數設置。特別要注意XD_SCALE和OUT_SCALE的單位設定要一致，因為XD_SCALE單位在設定完畢后仍然會顯示NA，容易忽略。

L_TYPE項中羅斯蒙特的變送器需要設定為Direct，而Fisher的DVC6200f調節型執行機構就需要設定為Indirect，并且切換模式最好先切Auto再切Cascade模式，直接切Cascade模式不容易成功。不同廠商的FF設備，都有不同的設定要求，最好是查閱相關設備使用說明書，按照設備調試技術手冊要求操作執行。

（2）合理利用手操器和第三方智能設備管理系統。一般通過DCS的Tuning功能就可以滿足參數設定需求，但如果出現總線連接失敗或者模式切換失敗時，手操器和第三方設備管理系統可以發揮更好的彌補作用。FF設備無法連接時，將手操器并聯在總線的正負端上，查看設備連接情況，并可對參數修改發送。注意修改參數時，需要將卡件連接斷開，否則會因為DCS控制系統的占用無法修改。

艾默生的AMS智能設備管理系統幾乎兼容任何FF現場總線網絡，用戶可以靈活使用AMS訪問在線診斷和報警，無需考慮其主機系統供應商。有些Tuning無法實現切換目標模式的設備，AMS可以切換成功，特別是設備的一些報警狀態，在AMS顯示更加直觀。AMS還可以對FF設備進行維護和初始化操作，處理大部分常規的設備故障。合理使用各類總線管理工具，是總線調試的必要手段。

（3）總線設備故障。一般總線設備故障報警都可以在Tuning功能塊、AMS管理系統或者就地儀表面板上反映出來，但一些總線設備故障不易發現，通過一系列排查工作還是無法發現問題的根本原因。這時可以嘗試更換同型號的設備，確定設備是否故障。其他如控制系統的兼容性、控制系統負荷率、信號的干擾等因素，都有可能造成總線設備的連接失敗。

5 結語

現場總線適應了過程工業控制向智能化、數字化、網絡化和分散化的發展方向，使得火電廠部分甚至全廠使用現場總線技術已成為可能。但火電廠對運行的安全穩定可靠、信號的品質、系統的穩定性、控制的精確性等都有嚴格的要求，現場總線技術雖有很多的優勢，但目前還存在不足，需要繼續發展和完善。隨著技術的不斷深化和發展，相信現場總線控制系統在火電廠自動化領域的應用前景光明。

[1]夏德海.現場總線技術講座第四講 FF的HSE[J].自動化與儀表，2006（1）:61-63.

[2]王軍.現場總線技術在電廠的應用[C].//中國動力工程學會600/1 000 MW超超臨界火電機組研討會，2008.

[3]金黔軍.現場總線技術在華能玉環電廠輔助生產系統中的應用研究[C].//2004電站自動化信息化學術技術交流會議論文集，2004.

（本文編輯：徐 晗）

Commissioning and Problem Handling of Fieldbus Device in Thermal Power Plant

QIU Shenchen，LUO Zhihao，WANG Yicheng
（Hangzhou E-energy Power Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces advantages and commissioning steps of FOUNDATION FIELDBUS and comprehensively analyzes physical connection layer and software configuration layer of fieldbus in accordance with the commissioning of 660 MW ultra-supercritical coal-fired units；besides，it presents precautions in commissioning one after another to provide a reference for fieldbus popularization and application.

thermal power plant；FOUNDATION FIELDBUS；field bus；application

TK39

B

1007-1881（2016）06-0053-04

2016-01-13

邱深辰（1987），男，助理工程師，長期從事火電廠熱工調試和技術管理工作。