現(xiàn)場總線技術(shù)在寧夏魯能鴛鴦湖電廠(2×600 MW)2號機(jī)組的應(yīng)用研究

摘要：現(xiàn)場總線技術(shù)，以其智能化和先進(jìn)性，成為自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展主流。文章重點討論了現(xiàn)場總線在寧夏魯能鴛鴦湖電廠的具體應(yīng)用原則，并以ABB公司的DCS系統(tǒng)為例，介紹了現(xiàn)場總線在火電廠600MW空冷超臨界機(jī)組的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；寧夏魯能鴛鴦湖電廠；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM621.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0034-02

現(xiàn)場總線技術(shù)，即采用總線的方式連接現(xiàn)場智能設(shè)備，將數(shù)字化延伸到變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)提升控制品質(zhì)、智能化設(shè)備管理、降低施工成本和周期和未來的維護(hù)成本的目的。目前，現(xiàn)場總線技術(shù)在石化行業(yè)已有廣泛的應(yīng)用，如上海賽科。但在國內(nèi)電力行業(yè)，現(xiàn)場總線技術(shù)雖有應(yīng)用，但多停留在過程測點監(jiān)視方面，控制回路應(yīng)用極少。

本文結(jié)合寧夏魯能鴛鴦湖電廠采用的ABB公司現(xiàn)場總線技術(shù)，詳細(xì)介紹了現(xiàn)場總線600 MW火力發(fā)電機(jī)組具體應(yīng)用案例。

1總線標(biāo)準(zhǔn)介紹

現(xiàn)場總線技術(shù)是目前自動化領(lǐng)域最先進(jìn)成熟的技術(shù)之一。其概念一經(jīng)提出，各國際大公司都致力于發(fā)展自己的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，以期在未來的競爭中占得先機(jī)。截至目前為止，現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有40多種。但就電力行業(yè)而言，廣泛采用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)是FF、Profibus、DeviceNet等，而寧夏魯能鴛鴦湖電廠2號機(jī)組所采用的現(xiàn)場總線技術(shù)為FF總線和Profibus總線技術(shù)。

現(xiàn)場總線總的應(yīng)用原則是：保證安全可靠的前提下，兼顧經(jīng)濟(jì)性；合適的地方用合適的總線技術(shù)。無論哪種總線技術(shù)都無法涵蓋電廠中的所有設(shè)備類型，因此電廠控制系統(tǒng)必然是綜合使用多種主流總線技術(shù)，包括Ff、Profibus等，實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性、高可用性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性。各種總線技術(shù)的特點和側(cè)重點不同，也就有了不同的應(yīng)用范圍。

FF現(xiàn)場總線：可用于連續(xù)測量點或者控制點，多用于壓力、溫度、液位、化學(xué)分析等測量點、氣動閥門定位器和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。在電廠控制中，可用于汽包水位控制、汽包壓力控制、給水加熱器水位控制、冷凝器水位控制、蒸汽溫度控制等回路。采用FF控制回路時，其總線段宏循環(huán)周期一般設(shè)500 ms，而控制回路周期一般設(shè)為1 s。當(dāng)然，這并不意味著FF無法用于更快回路的控制，僅僅因為宏循環(huán)周期愈短，網(wǎng)段所連接設(shè)備就越少，整體性能價格比將大為降低。

Profibus DP：用于電氣量的監(jiān)測、直接在線馬達(dá)控制、變速馬達(dá)控制、現(xiàn)場供電的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。在電廠中，可用于電動閥門、變頻器、中低壓斷路器、馬達(dá)控制中心等設(shè)備。其通訊速率一般設(shè)置為500 kbit/s。在控制系統(tǒng)中，其執(zhí)行周期可設(shè)置為500 ms。

對于熱工部分，本電廠2號機(jī)組的應(yīng)用范圍如下：

其一，鍋爐側(cè)。風(fēng)煙系統(tǒng)的壓力及風(fēng)量測點和脫硫系統(tǒng)的壓力測點全部采用FF總線方式，脫硫系統(tǒng)的12個電動門采用Profibus總線方式；其二，汽機(jī)側(cè)。抽汽系統(tǒng)的壓力測點，開閉式水系統(tǒng)的壓力測點，以及輔汽系統(tǒng)和采暖加熱站的壓力測點全部采用FF總線方式，同時抽汽系統(tǒng)和輔汽系統(tǒng)及采暖加熱站的電動門采用Profibus總線方式。

對于電氣部分，本電廠只在擴(kuò)容器水箱輸送泵的電氣控制方面應(yīng)用Profibus總線方式，這一部分也不在本文的重點描述范圍內(nèi)。

2現(xiàn)場總線在寧夏魯能鴛鴦湖電廠2號機(jī)組的應(yīng)

用案例與研究

2.1安裝與布線

對于Profibus總線，現(xiàn)場主要以RS485（高速H2）為主要傳輸協(xié)議，而FF總線則是以848T雙絞線為傳輸介質(zhì)，就地的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后，通過這一對線傳輸。

每個現(xiàn)場總線端子接線盒最多可以帶8個848T，而每個848T可以配置8個測點信號通道，根據(jù)需要可以接熱電阻和熱電偶兩種信號，848T上提供信號端子連接?，F(xiàn)場總線端子接線盒和848T分布在就地離測點較近處，這樣可以大大減少就地測點到柜子之間敷設(shè)電纜的成本。

2.2總線協(xié)議

對于Profibus總線，其協(xié)議訪問方式兼有多主通信和主從通信，首先介紹下主站和從站以及令牌調(diào)度原理：主站在一個限定時間內(nèi)（Token Hold Time）對總線有控制權(quán)；從站只是響應(yīng)一個主站的請求，它們對總線沒有控制權(quán)。令牌調(diào)度原理就是在多主網(wǎng)絡(luò)中令牌調(diào)度必須確保每個主站有足夠的時間完成它的通信任務(wù)，用戶組織全部目標(biāo)令牌循環(huán)時間（TTR）進(jìn)入所有主站的通信任務(wù)帳戶，每一個主站根據(jù)下列公式計算它接收令牌后完成它的通信任務(wù)的時間（TTH）：TTH=持有令牌時間，TTR=目標(biāo)令牌循環(huán)時間，TRR=實際令牌循環(huán)時間。公式為：TTH =TTR-TRR。

本機(jī)組PROFIBUS總線訪問協(xié)議（FDL）的特點主要有以下幾個方面：主站或從站可以在任何時間點接入或斷開，F(xiàn)DL 將自動地重新組織令牌環(huán)；令牌環(huán)調(diào)度確保每個主站有足夠的時間履行它的通信任務(wù)，因此用戶必須計算全部目標(biāo)令牌環(huán)時間（TTR）；總線訪問協(xié)議有能力發(fā)現(xiàn)有故障的站，失效的令牌，還有重復(fù)的令牌傳輸錯誤和其他所有可能的網(wǎng)絡(luò)失敗；所有信息（包括令牌信息）在傳輸過程中確保高度安全以免傳輸錯誤和其他所有可能的網(wǎng)絡(luò)失??；所有信息（包括令牌信息）在傳輸過程中確保高度安全以免傳輸錯誤。

對于FF總線，其協(xié)議是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提出的，共使用了七層協(xié)議中的三層：1、2和7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈層和應(yīng)用層，并增加了第八層用戶層。

2.3現(xiàn)場應(yīng)用實例調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

2.3.1現(xiàn)場閉式膨脹水箱液位變送器應(yīng)用FF總線現(xiàn)場

端子盒接線方式

圖1為現(xiàn)場閉式膨脹水箱液位變送器應(yīng)用FF總線現(xiàn)場端子盒接線方式。

故障分析和解決：在2號機(jī)組點火吹管期間，采用FF現(xiàn)場總線方式的開式循環(huán)水泵出口母管壓力測點壞點，經(jīng)過上位機(jī)程序故障診斷發(fā)現(xiàn)故障原因為通訊故障?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，是FFT-BOXl（+）端連接到就地TRUNK IN（-）端子上造成通訊不通，將正負(fù)端互換后故障消除。對于FF總線應(yīng)用到現(xiàn)場變送器這類應(yīng)用，一般故障情況分為以下兩類：一是接線錯誤，此類原因很容易查明并解決；二是變送器測量故障，此類原因是變送器本身故障，可將變送器拆卸進(jìn)行檢查或更換。

2.3.2現(xiàn)場EMG電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用Profibus總線的實例

圖2為就地DP從站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與配線。

圖2中第一排為電源端子排，第二排為冗余24V電源轉(zhuǎn)換模塊及濾波模塊，第三排為DP/PA鏈接器

對于總線型EMG電動門，接線方式和對其IDL直列式撥碼開關(guān)的調(diào)整和地址盤的設(shè)定，具體可參考EMG說明書，需要說明的是就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)在此DP從站上的地址一定要和上位機(jī)里的設(shè)置對應(yīng)。

故障分析及解決：對于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用Profibus總線的故障分析應(yīng)從以下幾個方面入手：其一，檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)接線和設(shè)置，總線型和硬接線型不論是在接線方面，還是在電氣設(shè)置方面都有很大的不通，查閱資料和與廠家溝通是必不可少的；其二，檢查上位機(jī)程序設(shè)置，此環(huán)節(jié)需要上位機(jī)廠家和執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家雙方及時溝通并由執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家提供源文件和控制信息給上位機(jī)廠家；其三，檢查DP從站是否工作正常，一般情況下同一個DP從站上的所有控制設(shè)備都出現(xiàn)異常即可判定是DP從站內(nèi)部故障或通訊故障。

3結(jié)語

現(xiàn)場總線控制技術(shù)的出現(xiàn)，極大的改變了當(dāng)今火力發(fā)電廠控制方式，它與常規(guī)DCS控制技術(shù)的本質(zhì)差異在與現(xiàn)場級設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)控制裝置與現(xiàn)場裝置的雙向通信，消除電廠生產(chǎn)過程中監(jiān)控信息的盲點，同時現(xiàn)場總線技術(shù)為控制電廠基建成本及生產(chǎn)成本方面提供了效果明顯的應(yīng)用方案，寧夏魯能鴛鴦湖電廠的現(xiàn)場總線應(yīng)用就從實踐方面很好的證實了以上結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉澤祥.現(xiàn)場總線技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 王永華.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程－從Profibus到FF[M].

北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.