淺析新建機組總線技術施工質量的管理辦法

湖南華電常德發電有限公司 游松林 伍海榮 程思

淺析新建機組總線技術施工質量的管理辦法

湖南華電常德發電有限公司 游松林 伍海榮 程思

為了成熟地將總線技術應用在DCS系統，確保工程順利投產并實現其技術優勢，本文從多個方面進行了深入分析，重點解決了總線通信不穩定、總線電纜敷設不規范以及總線功能不能得到充分有效利用等問題并提出了系列解決方法。

數字化；信息化；總線技術；通信穩定性；施工質量

1 研究的背景及意義

一種新的過程控制技術的應用，其在設計，施工，調試和后期維護管理上，大多數技術人員都缺乏相關經驗，特別是在如何提高現場總線系統穩定性方面，對電廠技術維護人員提出了更高的要求[1]。本文通過對總線技術的深入研究和探索，使讀者對總線施工質量的把控有了較為全面的認識和了解，并能夠熟練運用相關技能解決總線設備運維過程中的技術和管理問題，使得機組設備穩定性以及人員技能水平不斷提高，有效降低了安全生產風險，為電廠數字信息智能化發展奠定堅實基礎。

2 總體技術思路

現場總線作為一種新興的控制技術，首先要在保證設備安全、穩定運行的基礎上，再通過提高專業技術人員培訓頻次和質量、強化施工過程工藝管控、增強總線電纜抗干擾能力等方面提高總線系統功能的穩定性和施工質量，達到本課題研究的目標。

3 技術內容及方法

3.1 提高專業技術人員培訓頻次和質量

新建電廠要充分利用有效資源，邀請資深熱工院或總線設備廠家等現場總線調試經驗豐富的技術人員，對工程施工、調試技術骨干人員進行有針對性的技術講課和現場培訓，規定所有人員均需通過技能考試后方可獨立上崗。在總線設備安裝、調試過程中還要定期考察和檢驗施工人員安裝工藝，確保設備安裝工藝完全符合相關規程要求。

圖1 總線電纜與動力電纜分開分層布置

3.2 強化施工過程工藝管控

在施工過程中業主需聯合總線咨詢方主動介入，充分了解總線設備的實際安裝情況和進度，掌握施工過程中遇到的問題。將存在的問題及時向設計院反饋，并要求設計院通過設計變更進行最大程度的優化，確保該總線控制回路完全“接地氣”。在總線設備硬件安裝基本完成后，進行組態調試的過程中，要充分利用總線咨詢方技術人員的經驗和技術，對避免過多調試問題的產生可以起到事半功倍的效果。

3.3 增強總線電纜抗干擾能力，提高通信品質

圖2 總線電纜采用獨立槽盒

圖3 DCS機柜內總線電纜整理前

3.3.1 電纜槽盒內總線電纜與動力電纜分層布置，如圖1所示。

動力電纜與通信電纜應分開排列，若需平行敷設，其間距不宜小于20cm，有雷擊可能的應不小于50cm。若需交叉時，應直角交叉。有抗干擾要求的線路應采用符合有關規范要求的屏蔽電纜，在電纜轉角處轉彎時應保持最小可允許的電纜彎曲半徑，簡單彎曲的彎曲半徑應大于電纜外徑的10倍，多個連續彎曲的彎曲半徑應大于電纜外徑的20倍，在彎曲半徑不夠的情況下，需要采用滑輪裝置[2]。

3.3.2 總線電纜應采用獨立槽盒進行放置，避免其他電纜或設備產生干擾，如圖2所示。

3.3.3 當總線通信電纜通過復雜電磁環境（如變頻器等強干擾源）或離開橋架后應用金屬套管保護[2]。但實際施工中總線電纜與變頻器電纜難以達到1m以上距離，建議最好將大型變頻器改用硬接線控制。

3.3.4 總線通信電纜不應出現中間斷點，如果電纜長度不夠，則應重新敷設；如果是該設備暫時未安裝而無法接線，則應使用專用連接器臨時接通，而不應簡單地扭接。也可不截斷通信電纜，留有余地后直接連接下一個總線設備。

圖4 DCS機柜內總線電纜整理后

3.3.5 現場總線不同于傳統DCS，傳統DCS的現場設備通過多根電纜將不同信號分別傳入DCS，而現場總線是單條（或雙條冗余）通訊線經過多個從站設備連入DCS[3]。這就決定了現場總線網絡拓撲圖的設計必須充分考慮廠房空間結構，通信電纜敷設余量不宜過長，不應形成環狀。可根據設備空間位置修改電纜鋪設路徑進行二次優化，制定新的現場總線網絡拓撲圖或將DCS機柜、電纜槽盒、FF分配箱以及總線終端電阻箱內多余電纜剪除（圖3、圖4）。

3.3.6 在PROFIBUS DP網段中，當傳輸速率超過1.5Mbit/s時，任何分支線路(Spur Lines)都不應存在[4]。在分支線路上不應使用終端電阻，分支線路長度應按照下表1的要求敷設。

3.3.7 在PROFIBUS DP網段中，DP總線最大網段長度與傳輸速率（比特率）有關，盡量不要超過其允許的最大長度，當長度超過時建議采用光纖通訊[4]，其最大網絡擴展長度詳見下表2。

3.3.8 在FF-H1網段中，網段總長度等于主干線與所有分支線的長度之和，網段總長度應不大于1900m，并且建議采用類型A標準通信電纜[5]，其特性詳見下表3。

3.3.9 基于傳輸線理論、實驗室測試和現場安裝經驗，FF-H1網段中的分支線宜不超過30m，最大允許分支長度為200m，且每個分支線應只連接一個FF-H1設備。

4 取得的工程質量效果

在總線設備安裝、調試過程中，通過采用多種手段或方法，使總線施工質量得到明顯提升，其主要體現在以下幾個方面：

表1 PROFIBUS DP網絡中允許分支線路長度

表2 各項指標超標頻次統計（單位：次）

表3 典型FF H1通信電纜特性

表4 總線設備故障率對照表

4.1 成功解決多類總線設備通訊配置問題，切實提高了設備的通信穩定性

不同品牌總線設備特別是個別國產品牌與DCS兼容性不強，通訊建立困難。通過本課題的多次試驗和深入研究，成功解決了ABB定位器與Ovation DCS系統通訊無法建立問題，并形成成果；FF總線設備通訊擁堵造成通訊無法連接問題；霍尼韋爾總線變送器頻繁通訊故障問題；總線型馬達控制器通道配置問題；電動執行器頻繁通訊故障等諸多問題。

4.2 優化施工管理，有效降低了隱患潛藏的風險

4.2.1 因業主、總線咨詢方以及監理單位的全程介入跟蹤，其全面參與現場施工技術指導、過程監督以及質量驗收，最大程度上杜絕了施工和調試過程中埋下安全隱患的可能。

4.2.2 “因地制宜，量體裁衣”根據不同的施工現場實際情況，專門制定相應的實施辦法，減少了施工和調試過程中不規范操作造成的設備損壞。

4.3 優化總線設備施工工藝，取得極佳效果

4.3.1 總線電纜敷設通過采用分層分開放置，獨立配置槽盒的方法，最大程度地減少了總線電纜受到強電的干擾。

4.3.2 總線電纜網絡拓撲結構進行二次優化，通過減少總線電纜長度和中間彎折，減少信號的衰減，提高了總線系統穩定性的同時減少了電纜的使用，初步估算可節約電纜10%以上。

4.3.3 嚴格控制不同類型總線的網段長度，確保通信品質優良，較遠距離DCS信號傳輸廣泛采用光纖通訊，有效提高總線系統抗干擾能力。

4.3.4 通過對比其他電廠可以看出，經采用本課題所述施工質量管理辦法，總線設備故障發生率明顯降低，具體對比情況詳見表4。

[1]張少仲,張欣.現場總線在工程自動化中的發展應用.自動化博覽,2005:6

[2]魏志,蔡霞,鄒躍平.FF 現場總線的安裝與調試[J].自動化儀表,2007,28( 7) :61－66.

[3]曾衛東,王春利,等.大型火電機組現場總線控制系統的設計探討[J].熱力發電,2010( 3):5－8.

[4]崔逸群,顏渝坪,等.FF和Profibus現場總線在火電廠的應用研究[J].熱力發電,2006( 2):40－44.

[5]鐘耀球,張衛華.FF總線控制系統設計與應用[M].北京:中國電力出版社,2010.