Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)在1000MW火電機組的應用與維護

黃旭 嚴婷

【摘要】以廣東某2X1000MW火電機組為例，介紹Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)在其鍋爐補給水控制系統(tǒng)的應用情況，總結(jié)了基建調(diào)試及生產(chǎn)維護過程中出現(xiàn)的關(guān)鍵性問題，并提供解決思路。旨在推動現(xiàn)場總線技術(shù)在火力發(fā)電廠的應用，并對同類現(xiàn)場總線項目的實施提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場總線技術(shù)；Profibus；發(fā)電廠；數(shù)字化

一、現(xiàn)場總線技術(shù)應用的背景

二十一世紀以來，在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System）已經(jīng)走上了高速發(fā)展的快車道。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品的日趨成熟，在發(fā)電廠新建或改造項目中采用現(xiàn)場總線技術(shù)的案例逐步增多。現(xiàn)場總線技術(shù)的應用大大節(jié)約了控制電纜鋪設(shè)的成本， 并使設(shè)備的在線故障診斷和遠程參數(shù)修改成為了可能。同時，應用現(xiàn)場總線控制技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備級的數(shù)字化，是建設(shè)數(shù)字化電廠的關(guān)鍵一步。

為了推動現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展與應用，廣東某火力發(fā)電廠2X1000MW工程鍋爐補給水系統(tǒng)采用了西門子Profibus現(xiàn)場總線控制技術(shù)，培養(yǎng)出了一批熟練掌握現(xiàn)場總線技術(shù)的檢修維護人員，為今后擴建和改造項目使用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

二、現(xiàn)場總線設(shè)備概述

圖1 鍋爐補給水現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

從圖1可以看出，該現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)配置了兩套互為冗余的西門子S7-417H型號CPU，通過以太網(wǎng)交換機與上位機操作員站、工程師站交換數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用光纖鏈路模塊（OLM）組成冗余的Profibus-DP光纖環(huán)網(wǎng)作為控制系統(tǒng)的通訊主干網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)上掛有4個通訊柜，并根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的類型與數(shù)量配置了8條Profibus-DP支線和7條Profibus-PA支線。本項目采用的現(xiàn)場總線型儀表主要包括：橫河EJA智能壓力變送器、Festo氣動閥島、Endress+Hauser超聲波液位計、ABB智能變頻器、HACH智能硅表、HACH智能鈉表等設(shè)備。

三、現(xiàn)場總線技術(shù)應用與維護的難點

現(xiàn)場總線技術(shù)作為一種新興的控制系統(tǒng)技術(shù)，擁有著抗干擾能力強、節(jié)約電纜、智能化、數(shù)字化等諸多顯著優(yōu)點。但同時我們也應注意到，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)在工作原理上的根本不同，導致前者在應用中會涌現(xiàn)出很多新的問題。在此將本項目從基建安裝以來七年時間內(nèi)，遇到的各種應用與維護難點及其解決思路總結(jié)如下：

（一）項目設(shè)計時期，主要問題集中在設(shè)備選型和訂貨時間方面。支持現(xiàn)場總線協(xié)議的設(shè)備品牌、型號相對較少，輔機配套廠家對現(xiàn)場總線理解不夠，對兼容性、可靠性的驗證還存在局限性，供貨方面發(fā)生偏差的概率增大，因此需要設(shè)計方與供貨廠家一起對設(shè)備參數(shù)進行仔細核對。采用總線方式，設(shè)備的采購及訂貨需要更多的時間，這就要求壓縮供應商的訂貨周期和編制更準確的供貨計劃。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)進行邏輯組態(tài)時需要詳細的設(shè)備型號和GSD組態(tài)文件，必須要求設(shè)備供應商盡早提供相關(guān)資料，以免延誤工期。

（二）基建安裝調(diào)試時期，主要難點集中在對安裝工藝的要求和對本廠維護人員的培訓上。總線設(shè)備相對于常規(guī)方式對施工工藝要求更高，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線方式有別于常規(guī)DCS系統(tǒng)的接線。常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)備是點對點的接線方式，每個設(shè)備是孤立的，接線比較有針對性；而現(xiàn)場總線設(shè)備都是并聯(lián)在一條總線上，互相關(guān)聯(lián)影響，接線不能有錯誤，一個點的故障就可能影響整條支線所有設(shè)備的通訊。采用現(xiàn)場總線技術(shù)，熱工維護人員的維護強度盡管有所降低，但技術(shù)要求大大提高，要學會總線專用組態(tài)軟件和在線診斷工具的使用。因此在調(diào)試期間要培養(yǎng)一批學習能力強、能適應現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)維護要求的熱工技術(shù)人員。

（三）生產(chǎn)維護時期，主要的難點在于備品備件的管理上。一個現(xiàn)代化的發(fā)電企業(yè)，從成本控制的角度，會對備件采購和備件庫存積壓進行嚴格把控，有著全面的考核指標。而現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的大多數(shù)備件是無法與常規(guī)控制系統(tǒng)通用的，必然會增加日常維護的備件庫存總量。同時，因現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的特點，采購的備件必須指定備件的品牌型號與現(xiàn)場原來使用的一致，否則就需要重新組態(tài)并下裝控制器才能使用（這在連續(xù)的發(fā)電生產(chǎn)過程中是不允許的）。根據(jù)經(jīng)驗，指定品牌的采購方式通常較采用短名單方式采購備件的價格要高，進一步增加了備件庫存金額的總量。因此，合理規(guī)劃備品備件是項目投產(chǎn)后需要注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

四、結(jié)束語

Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)在該發(fā)電廠鍋爐補給水控制系統(tǒng)中的成功應用表明， 目前在發(fā)電廠中應用現(xiàn)場總線控制技術(shù)的條件已經(jīng)成熟，同時這也是現(xiàn)代發(fā)電企業(yè)向數(shù)字化邁進的需要。

參考文獻

[1]陳小楓，董景辰，曹迎東.過程控制現(xiàn)場總線工程運行與維護[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2]徐明等.現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中的應用[J].微計算機信息，2006.

[3]劉良文，董鳴，等.PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線性能分析[J].控制系統(tǒng)，2006（9）：46-48.

[4]西門子（中國）有限公司.PROFIBUS-PA應用技術(shù)介紹[J].世界儀表與自動化，2003（7）： 59-60.

[5]凌志浩，等.現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.