現場總線在火力發電廠應用淺析

李敏

摘要： 本文介紹了某電廠2×350MW機組現場總線應用情況，從熱控保護配置的獨立性及可靠性角度提出了現場總線的應用原則，對總線在主機及輔機的應用情況進行了統計分析，并對和利時DCS系統總線使用過程中存在的優缺點進行了思考和分析，具有一定的推廣價值，為同行業的工程建設提供了借鑒和經驗。

關鍵詞： 現場總線;DCS;應用原則;大數據

0? 引言

現場總線控制技術作為一種新興技術，已廣泛成功地應用在石化、化工、冶金、醫藥、市政工程、樓宇、建材等多個行業，與其形成鮮明對照的是，現場總線技術在電廠過程控制中的實質性實施卻始終不多。

隨著認識的提高和技術的發展，這樣的局面已有所改變。如在華能玉環電廠補給水、廢水系統中成功實現了現場總線技術的全面應用，該項目的順利實施，證明現場總線在電廠輔助生產控制系統中應用是完全可行的。隨后在華能海門電廠（2*1036MW機組）脫硫系統、華能九臺電廠（2*660MW機組）和金陵電廠（2*1030MW機組）主機控制系統上率先采用現場總線技術，隨著九臺電廠#1機組于2009年10月24日投產、金陵電廠#1機組于2009年12月23日投產，標志著大型火電機組主控系統已具備全面使用現場總線的條件。

1? 現場總線簡介

按照國際電工委員會IEC標準和現場總線基全會FF的定義：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。

全數字化和開放性是現場總線技術最大的優點，其優點還包括以下幾點：

（1）現場總線控制系統把功能塊分散到現場儀表中執行，因此取消了傳統的計算機集散控制系統中的過程控制站。例如，現場總線變送器除了具有一般變送器的功能之外還可以運行Pm控制功能塊。

（2）現場總線除了傳輸信息之外，還可以完成為現場設備供電的功能。總線供電不僅簡化了系統的安裝布線，而且還可以通過配套的安全柵實現本質安全系統，為現場總線控制系統在易燃易爆環境中應用奠定了基礎。

（3）現場總線為開放式互聯網絡，既可與同層網絡互聯，也可與不同層網絡互聯。現場總線協議是一個完全開放的協議，是采用公開化、標準化、規范化的通信協議。這就意味著來自不同廠家的現場總線設備，只要符合現場總線協議，就可以通過現場總線網絡連接成系統，實現綜合自動化。

2? 現場總線應用原則

考慮到火電機組控制系統的特點和要求，本電廠以成熟的DCS為基本系統，無縫嵌入現場總線網絡通信模件，形成現場總線的各級網絡，連接現場總線儀表、設備，實現數據采集、控制和設備驅動。并采用現場總線系統的信息處理、設備診斷和設備管理軟件，發揮FCS的本質優越性。

從熱控系統保護配置的獨立性及可靠性考慮，機組建設期間，在我廠DCS聯絡會上經過設計院、調試所以及我廠生產準備人員的多次討論，最終提出了以下配置原則：

（1）采用常規DCS控制部分主要包括：DAS從現場直接采集的信號、SOE信號、所有6kv電機、FSSS中制粉系統系統執行機構設備和信號、電氣ECS中的380V斷路器;鍋爐、汽機和公用控制系統中部分子系統的儀表、驅動設備、執行機構，主要包括鍋爐風煙系統、鍋爐啟動系統、鍋爐汽水系統閥門、鍋爐定排、二次風門、暖風器疏水系統、制粉系統，凝結水系統、抽汽系統部分閥門、輔汽設備、高低加、除氧器、軸封、真空系統部分設備、閉式水部分設備、給水系統部分儀表、汽機油凈化系統部分設備、發電機氫油水部分設備。

（2）采用FCS控制部分主要包括：對鍋爐、汽機本身的運行安全有重大影響的系統;汽機數字電液控制系統（DEH）、汽機本體緊急跳閘系統（ETS） 、汽輪機監視系統（TSI）、給水泵汽輪機監視系統（MTSI）、給水泵汽機緊急跳閘系統（METS）和給水泵汽機電液數字控制系統（MEH）;用于重要保護連鎖的開關量儀表，如壓力/差壓、液位、溫度等過程開關。

另外，采用現場總線的設備或者系統，我廠提出了以下要求：

（1）調節型電動執行機構若采用Profibus-DP現場總線控制方式，選取具有冗余通訊接口的進口品牌。

（2）同類現場總線儀表和設備應避免采用不同公司的產品，并應選擇通過現場總線標準權威組織注冊認證且在工業控制中有應用業績的產品。

3? 現場總線的實踐

我廠主機部分使用總線設備共517臺，其中，鍋爐側198臺，汽機側319臺，包括EMG電動執行機構、ROTORK電動執行機構、SIPOS電動執行機構、伯納德電動執行機構、川儀電動執行機構、江蘇海博電動執行機構、瑞基電動執行機構、羅斯蒙特變送器PA、西門子定位器PA、ABB定位器、菲希爾定位器。通過現場總線設備管理系統中，可以統計出使用總線設備后點數在原來的基礎上增加了5225個點，是傳統點數的4倍多。

輔網使用總線設備共376臺，其中，化學 100臺，包括E+H、EJA、signet、波特超聲波液位計、北京華科儀分析儀表、EMERSON分析儀表、ROTORK、江蘇海博;除灰68臺，包括rotork、羅斯蒙特變送器、VEGASON、川儀、festo、FOAGO;脫硫208臺，包括的設備EJA變送器、伯納德電動執行機構。通過現場總線設備管理系統中，可以統計出使用總線后設備后點數在原來的基礎上增加了2992個點，是傳統點數的2倍多。

通過以上的現場總線使用情況可以發現，現場總線相比傳統的DCS，可以提供更多的設備信息，為后續機組大數據計算和智慧電廠建設提供一個巨大的數據平臺。

4? 現場總線的思考

我廠機組采取和利時Profibus現場總線系統，目前已正式投產運行，根據基建期的安裝調試以及生產運行后的使用情況來看，系統總體運行穩定，出現的故障較少，維護量較小，以下是在使用過程中總結的優點。

（1）數據量大，傳統DCS一個信號只能傳輸一個數據，而現場總線可以傳輸比較多的信號，比如，傳統的電動門為了減少工程造價一般設計有開指令，關指令，開反饋，關反饋，以及一個電氣故障，就需要10根電纜，3個DI輸入2個DO輸出通道，使得安裝調試變得繁瑣。而使用總線后僅使用一個網段，也就是2根線不僅可以上傳上述信號外，還可以傳輸如過力矩報警，開關次數，電池沒電報警等信號，為安裝調試節約時間，提高工作效率，為后期維護和故障分析帶來很大的便利。

（2）可擴展性好。生產現場因技改或者設備異動等原因，需要增加設備時，傳統系統必須放電纜到電子間，在DCS增加卡件和通道，而使用總線技術后可以在附近網段上進行設計與組態后就可以增加設備，減少了鋪設電纜的工作量，也減少了DCS卡件的使用量，提高了電氣和熱控專業人員的工作效率。

（3）總線拓撲圖可以直觀反映設備的各種運行狀態，這樣為運行人員及時發現問題、檢修人員及時分析定位問題提供了很大便利，為設備管理提供了高效便捷的手段。

在現場調試過程中，我們也發現現場總線存在以下問題：

（1）現場總線設備比常規設備造價更高，進口設備供貨周期更長。部分國產設備為偽總線，即采用總線進行通信但沒有大量信息上傳。比如液位只傳輸液位上來，沒有故障檢測等功能。

（2）現場總線設備由于是數字化通信，一個網段連接很多設備，因此為雙網冗余設計，但由于部分第三方總線設備不支持雙網冗余配置，為檢修帶來風險。

（3）部分總線設備抗干擾能力較差，在近距離使用通信設備產生很大的干擾。

5? 結語

通過現場總線技術在我廠大范圍的應用，在定位設備缺陷、分析設備故障、新增設備等方面，均取得了較好的效果，具有一定的推廣價值，為同行業的工程建設提供了借鑒和經驗。

參考文獻

[1] 《DLT261 火力發電廠熱工自動化系統可靠性評估技術導則》

[2] 《和利時DCS控制系統使用手冊》