現(xiàn)場總線在660 MW機組的應用

王世朋

(神華國能寧夏煤電有限公司， 銀川 750011)

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現(xiàn)場總線在660 MW機組的應用

王世朋

(神華國能寧夏煤電有限公司， 銀川 750011)

介紹了ABB 800xA DCS在某660 MW火電機組中采用Foundation Fieldbus(FF)和Profibus DP兩種現(xiàn)場總線構成電廠控制網(wǎng)絡的實踐，分析了出現(xiàn)的問題并提出了解決措施。實踐表明：在加裝了FF和Profibus DP間的轉(zhuǎn)換模塊PRMD 485-K20,并采用支持Profibus DP協(xié)議的執(zhí)行機構后，控制系統(tǒng)得到完善的應用。

火電廠； 現(xiàn)場總線； 應用； 改進

由于分散在現(xiàn)場總線末端的智能設備能執(zhí)行較為復雜的任務，不再需要配置單獨的控制器，所以現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)廢棄了DCS 的輸入/輸出單元和控制站, 把DCS 控制站的功能塊分散到現(xiàn)場儀表, 從而構成虛擬控制站，徹底實現(xiàn)了分散控制，節(jié)省了硬件投資和使用成本。現(xiàn)場總線設備具有自診斷功能，能將故障信息發(fā)送至控制室，方便故障排查，減輕了維護工作量。隨著火力發(fā)電廠機組單機容量的不斷增大，配套的輔機設備越來越多，需要檢測的數(shù)據(jù)量越來越大，為了減少硬件投資，降低維護成本，智能化、數(shù)字化電廠是現(xiàn)代火力發(fā)電廠發(fā)展的方向，現(xiàn)場總線的應用也越來越普遍[1]。筆者根據(jù)某660 MW機組現(xiàn)場總線應用中出現(xiàn)的問題，分析原因提出解決方案。

1　電廠總線結構

考慮到火力發(fā)電機組的控制特點，該電廠以成熟的DCS為基礎，無縫嵌入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通信模件，連接現(xiàn)場總線儀表和設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和設備驅(qū)動。為統(tǒng)籌兼顧工程風險和技術創(chuàng)新二者的綜合效益[2]，對機組本身的安全運行有重大影響的系統(tǒng)，如汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)、汽輪機本體緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、給水泵汽輪機監(jiān)視系統(tǒng)(MTSI)等，SOE數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等仍應用傳統(tǒng)的DCS硬接線和I/O設備，采用常規(guī)控制方式。某電廠廣泛使用現(xiàn)場總線設備，應用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息處理、設備診斷和設備管理軟件，發(fā)揮了FCS的本質(zhì)優(yōu)越性。現(xiàn)場總線設備涵蓋鍋爐風系統(tǒng)、鍋爐煙系統(tǒng)、鍋爐疏水放氣系統(tǒng)、密封風系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、輔助蒸汽系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、采暖加熱站系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)，主要包含現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構和馬達控制器。該電廠配置性能優(yōu)良的現(xiàn)場總線儀表和設備，主要是3051 的總線變送器以及總線電動執(zhí)行機構和ABB總線馬達控制器M102-P。

基金會現(xiàn)場總線(FF)就地控制單元、光電轉(zhuǎn)換器、CI860通信模件、現(xiàn)場總線交換機以及控制器構成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡結構；Profibus DP總線就地控制單元、光電轉(zhuǎn)換器、CI854通信模件以及相對應的控制器構成了設備驅(qū)動網(wǎng)絡結構；所有現(xiàn)場總線結構單元通過服務器組成了現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構(見圖1)。

2　兩種主流現(xiàn)場總線協(xié)議的應用

該電廠應用現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)數(shù)字化電廠控制方案，現(xiàn)場總線采用FF和Profibus DP協(xié)議。這兩種總線標準的開發(fā)基礎是分散控制系統(tǒng)(DCS)和可編程控制器(PLC)[3]，基本上是針對流程工業(yè)開發(fā)的，在國內(nèi)外的石油、化工及電力方面有廣泛的應用；且這兩種總線標準的配套產(chǎn)品比較齊全，國際上主要的儀表和控制設備供貨商都有相應的系統(tǒng)產(chǎn)品支持。根據(jù)該電廠總線設備的選型原則，對所有變送器采用FF總線協(xié)議，電動執(zhí)行機構采用Profibus DP協(xié)議(見圖2)。

2.1 基金會現(xiàn)場總線(FF)的構成

2.1.1 電源

FF就地控制單元電源由保安和UPS雙路電源供給，雙路電源分別經(jīng)過兩個獨立的電源模塊PS1、PS2，輸出的兩路直流電源作為電源切換模塊VT的輸入，冗余切換后的電源作為就地控制單元的供電。

2.1.2 硬件

一個標準的FF就地控制單元由以下硬件構成：1個光纖適配器FA1，2個冗余的光電交換機FESW1、FESW2，冗余的ABB 800HSE接口模件(每個800HSE有4路輸入信號(FF1～FF4)，1路輸出信號至光電交換機)，電源調(diào)節(jié)器HUB(每個HUB有4路輸入(Segment1～Segment4)，8路輸出(SIG1～SIG4各2路))，4個電源防浪涌裝置。

2.1.3 FF的網(wǎng)絡結構

DCS控制器與CI860模件通過Modulebus協(xié)議通信，并通過DCS的交換機與就地FF控制單元形成網(wǎng)絡通信，如與就地總線控制單元HSE對應的上級網(wǎng)絡名稱為HSE01-HOST-C173-161，對應的地址為192.168.1.161，對應的接口模件LD800 HSE名稱為HSE01-DEV-161-65，對應的地址為192.168.1.65，每個就地接口模件分散為4個H1網(wǎng)段(FF01-65-H1-01→FF01-65-H1-04)，通過電源調(diào)節(jié)器和電源防浪涌裝置連接就地FF測量設備。

2.2 Profibus 現(xiàn)場總線的構成

2.2.1 電源

Profibus 現(xiàn)場總線就地控制單元電源供電與FF一致。

2.2.2 硬件

一個標準的Profibus 現(xiàn)場總線就地控制單元由以下硬件構成：1個光纖適配器FA1,2個單口光電轉(zhuǎn)換器OZD11-1和OZD11-2，冗余的Profibus DP模件PLM01，有源終端電阻。

2.2.3 Profibus現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡結構

DCS控制器與CI854模件通過Modulebus協(xié)議通信，并通過DCS的交換機與就地DP總線控制單元形成網(wǎng)絡通信，以1號機組輔汽至軸封供汽減溫器前電動門、1號機組輔汽至軸封供汽減溫器后電動門、1號機組四抽至輔汽入口電動門、輔汽至空氣預熱器吹灰電動門為例，根據(jù)執(zhí)行機構實際的布置位置，定義該4臺執(zhí)行機構為一組：網(wǎng)段名為PB01 CI854 DP01的PLM01連接凝結水輸送泵總線馬達控制器，網(wǎng)段名為PB01 CI854 DP02的PLM01連接總線執(zhí)行機構輔汽至汽輪機軸封供汽減溫器前電動門、輔汽至汽輪機軸封供汽減溫器后電動門、四抽至輔汽聯(lián)箱入口電動門，網(wǎng)段名為PB01 CI854 DP03的Repeater1連接總現(xiàn)執(zhí)行機構輔汽至空氣預熱器吹灰用汽電動門，該3個網(wǎng)段以及網(wǎng)段上連接的智能設備與控制器、交換機、服務器共同組成了Profibus現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡。

2.3 現(xiàn)場總線的組態(tài)

800 xA DCS系統(tǒng)主要有兩種組態(tài)工具，CBM和Engineering Workplace，其中CBM主要負責DCS硬件設備的組態(tài)，總線設備地址的設定,應用的測試和仿真以及應用的下裝，Engineer Workplace主要負責總線設備VB畫面的組態(tài)、邏輯組態(tài)、安全性能的組態(tài)、應用的維護備份與恢復。

2.4 現(xiàn)場總線的應用與改進

現(xiàn)場總線的應用一定要是現(xiàn)場總線系統(tǒng)和總線智能設備相結合，否則無法真正實現(xiàn)FCS。該電廠1號機組輔網(wǎng)原采用的執(zhí)行機構雖然是一體化智能設備，但是它屬于Modulebus通信，并不支持與DCS配套的Profibus DP總線標準，所以在調(diào)試期間執(zhí)行機構與系統(tǒng)無法通信。最后增加一套協(xié)議模塊PBMD485-K20，通過該模塊形成Modulebus與Profibus協(xié)議的轉(zhuǎn)換，才使系統(tǒng)得到正常的響應。PBMD485-K20為DP從站，同時為Modbus的主站；PBMD485-K20頂部的撥碼開關設置Profibus站地址，PBMD485-K20的Modbus地址在總線組態(tài)軟件中設置，設定的地址與閥門的實際地址應一致。

隨著系統(tǒng)的運行，該類型執(zhí)行機構總線系統(tǒng)出現(xiàn)一系列新的問題：(1)頻繁出現(xiàn)DCS與就地執(zhí)行機構通信中斷。測試總線系統(tǒng)網(wǎng)絡負荷率在合格范圍內(nèi)，檢查就地執(zhí)行機構就地操作正常，通過層層檢查分解，最終確診為執(zhí)行機構內(nèi)部地址丟失。由于該型號的執(zhí)行機構地址不能現(xiàn)場設定，只能將地址板返廠重新裝入地址。(2)執(zhí)行機構重新裝入地址。一方面設備返廠時間周期太長，一方面地址不統(tǒng)一造成備件儲存困難，并且該類型執(zhí)行機構形成了非真正總線回路，造成現(xiàn)場總線沒有達到最優(yōu)化，DCS嵌入的總線在線診斷系統(tǒng)得不到全面的應用，導致了現(xiàn)場總線的應用效果不太好。后利用機組檢修機會，將執(zhí)行機構改型為支持Profibus協(xié)議的總線執(zhí)行機構，取消中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實現(xiàn)真正意義上的現(xiàn)場總線。運行中現(xiàn)場執(zhí)行機構動作良好，現(xiàn)場總線系統(tǒng)運行正常。

3　結語

該電廠660 MW機組現(xiàn)場總線涉及單元機組的絕大多數(shù)系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制的使用減少了大量端子和接線頭，大大提高了可靠性。采用數(shù)字通信，減少大量電纜，有利于抗干擾，并且完善了現(xiàn)場設備及信號的診斷功能，防止了其故障或信號偏差導致控制和保護系統(tǒng)誤動。現(xiàn)場總線的引入打破了傳統(tǒng)DCS一對一的物理連接，結合現(xiàn)場總線智能設備的應用，組成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制；并且由于其結構簡單，節(jié)約硬件，降低了維護費用，應用穩(wěn)定，極大地體現(xiàn)了現(xiàn)場總線的優(yōu)越性。

[1] 李子連. 現(xiàn)場總線技術在火電廠自動化系統(tǒng)的應用意見[J]. 中國電力, 2003, 36(3): 49-53.

[2] 畢建惠, 王芙蓉. 現(xiàn)場總線技術在火電廠機組控制中的應用分析[J]. 中國電力, 2009, 42(4): 49-53.

[3] 張坤, 譚曉東. 基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的PLC控制系統(tǒng)設計[J]. 機床與液壓, 2010, 38(22): 104-106, 35.

Application of Fieldbus Control Technology in 660 MW Units

Wang Shipeng

(Shenhua Guoneng Ningxia Coal & Power Co., Ltd., Yinchuan 750011, China)

Application practice of Foundation Fieldbus (FF) and Profibus DP two configurations in power plant control networks is introduced, and problems occurring in the application process are analyzed, based on which corresponding countermeasures are proposed. Application results show that the control system can be perfectly applied by adding a conversion module PRMD 485-K20 between FF and Profibus DP, and by adopting an actuating mechanism supporting the Profibus DP protocol.

thermal power plant; fieldbus; application; improvement

2016-02-01

王世朋(1986—)，男，助理工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱工控制工作。

E-mail: shipeng.1022@163.com

TK323

A

1671-086X(2016)05-0347-03