電站現(xiàn)場總線布線的優(yōu)化應(yīng)用

摘 要：介紹了現(xiàn)場總線的特點和現(xiàn)狀，根據(jù)電站常用的FF和Profibus兩種總線安裝線的特點，提出根據(jù)現(xiàn)場實際情況優(yōu)化現(xiàn)場總線設(shè)備安裝。只有總線電纜敷設(shè)工藝達到要求，總線控制才能夠滿足電站各種復(fù)雜控制回路的調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；電纜布線；自動化系統(tǒng)；智能儀表

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.082

20世紀(jì)90 年代以來，隨著智能控制設(shè)備、計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)迅速發(fā)展，現(xiàn)場總線的智能儀表與開放自動化系統(tǒng)已經(jīng)成為了當(dāng)今工業(yè)自動化發(fā)展的熱點。按照國際電工委員會IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的定義，現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。簡單的說，現(xiàn)場總線就是用數(shù)字通信替代了4～20 mA模擬信號和開關(guān)量信號，連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)，它是一種全計算機化、全數(shù)字化、雙向通信的新型控制系統(tǒng)。

1 電站常用的現(xiàn)場總線

2003-04，IEC61158 Ed.3現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)第三版正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了10種類型的現(xiàn)場總線，包括TS61158現(xiàn)場總線、ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場總線、Profibus現(xiàn)場總線、P-NET現(xiàn)場總線、FF HSE現(xiàn)場總線、SwiftNet現(xiàn)場總線、World FIP現(xiàn)場總線、Interbus現(xiàn)場總線、FF現(xiàn)場總線和PROFInet現(xiàn)場總線。對于電站控制系統(tǒng)，常采用兩種總線技術(shù)，分別為FF現(xiàn)場總線技術(shù)和Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)。

1.1 FF現(xiàn)場總線技術(shù)

基金會現(xiàn)場總線，即Foudation Fieldbus，簡稱FF，成立于1994年，是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制定的WordFIP協(xié)議。1996年發(fā)布FF通信協(xié)議的第一版H1，2000-11-01公布第二版H2（HSE）。FF總線在電站應(yīng)用常采用 H1總線技術(shù)，應(yīng)用于現(xiàn)場氣動執(zhí)行機構(gòu)的控制和現(xiàn)場智能儀表數(shù)據(jù)的采集。

1.2 Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)

Profibus是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN 50170的現(xiàn)場總線，ISO/OSI模型也是它的參考模型。Profibus系列由Profibus DP、Profibus FMS、Profibus PA組成。DP型總線用于分散外設(shè)間的高速傳輸，F(xiàn)MS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化。Profibus總線在電站應(yīng)用常采用DP總線技術(shù)，常來控制電動兩位門、電動調(diào)門和馬達保護器。

2 優(yōu)化現(xiàn)場總線布線需要注意的問題

總線控制敷設(shè)的電纜采用專用電纜，布線工藝達到總線要求，從試運過程的使用情況來看，總線使用情況良好，基本能夠滿足電站各種復(fù)雜控制回路的調(diào)節(jié)速度要求。

2.1 總線布線時需要注意的問題

現(xiàn)場總線電纜與傳統(tǒng)儀表布線相似，但是在總線布線時，要特別注意以下幾點問題：①動力電纜與信號電纜應(yīng)該是分線槽布線，總線電纜應(yīng)敷設(shè)在通信電纜或電壓等級低于直流60 V、交流25 V的弱電電纜槽里，同時線槽應(yīng)蓋上蓋板，盡量全封閉?，F(xiàn)場無法分線槽布線，則要求跟400 V以下的電纜至少要保持10 cm的距離，跟400 V以上的電纜至少保持20 cm的距離，并中間加金屬隔板進行隔離，同時，金屬線槽要做接地處理。②總線電纜在線槽外布線時，應(yīng)采用穿金屬管的方式，外部的金屬套管需要接地。③應(yīng)避免總線電纜與動力電纜長距離平行布線，可以交叉布線。④盡量

將電纜貼近大面積的金屬板，總線電纜應(yīng)與大面積的金屬板或“地平面”貼近。⑤總線電纜敷設(shè)時不要繃得過緊，不能出現(xiàn)過小的彎曲半徑，避免電纜過長時形成環(huán)狀。⑥在控制柜內(nèi)布線時，總線電纜盡量避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線，不要在柜內(nèi)形成環(huán)，特別要避免總線電纜將變頻器等干擾源包圍。

2.2 優(yōu)化FF總線布線時需注意的問題

優(yōu)化FF總線布線時，需注意以下幾個問題：①FF總線要求單點接地，一般不在就地設(shè)備上接地（剪掉就地儀表屏蔽線，并用絕緣膠布包扎）。在就地接線盒處將主干網(wǎng)和分支電纜的屏蔽連接在一起（FF總線電纜屏蔽線接到屏蔽端子），最終FF電纜屏蔽在控制機柜卡件側(cè)。②FF總線的電纜芯線不能撥出太長，并要加線鼻子，從FF黑盒到現(xiàn)場儀表電纜長度不要超過30 m。

2.3 優(yōu)化DP總線布線時需注意的問題

優(yōu)化DP總線布線時，需注意以下幾個問題：①DP總線連接的站點分布較廣，采用多點接地的方式。在某網(wǎng)段出現(xiàn)接地點電勢不相等的情況，影響到通訊或易造成設(shè)備損壞時，需要增加額外的等勢線，將兩個設(shè)備的“地”進行連接。②DP總線在馬保等設(shè)備上使用DB9插頭接線時，需將總線電纜屏蔽層剝開，壓在插頭內(nèi)的金屬部分，通過DB9口與安裝底板相連接，實現(xiàn)了屏蔽層的接地。③DP總線的總線電纜芯線不能撥出太長，并要加線鼻，電纜一般紅正綠負(fù)，保持一致，不能接錯。④DP總線的主機系統(tǒng)與就地接線柜一般采用光纜通信，而就地接線柜與總線智能設(shè)備通信速率與最大通信長度也是有著嚴(yán)格的要求（如表1所示），一個網(wǎng)段的布線從就地接線柜的光電轉(zhuǎn)換器開始，到回到就地接線柜的終端電阻，整個電纜長度不能太長。

3 診斷的常用工具

在現(xiàn)場布線施工、單體調(diào)試時期，還會使用一些總線網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)備，不僅可以幫助我們診斷設(shè)備故障，還可以為優(yōu)化總線布線提供依據(jù)。

BT200和FBT-6（如圖1所示）是DCS廠家提供的總線網(wǎng)絡(luò)診斷設(shè)備，分別用來檢查DP總線和FF總線智能設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)連接的質(zhì)量（比如斷線、短路等），同時也可以作為優(yōu)化總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)布線的依據(jù)。

4 結(jié)束語

由于電站生產(chǎn)過程的控制是一個復(fù)雜的工業(yè)控制過程，全廠范圍內(nèi)使用總線控制的電站很少，但是，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為新一代的控制系統(tǒng)，一種全數(shù)字化的控制系統(tǒng)，經(jīng)過總線技術(shù)的不斷成熟，全廠現(xiàn)場總線的應(yīng)用將電站自動化控制帶入到一個嶄新的的時代。

參考文獻

[1]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[2]夏德海.現(xiàn)場總線的困惑、無奈與出路[J].世界儀表與自動化，2001（12）.

作者簡介：劉磊（1978—），男，2003年畢業(yè)于中原工學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)，學(xué)士學(xué)位，電力工程師，現(xiàn)主要從事大型火電機組熱控調(diào)試工作。

〔編輯：王霞〕

Abstract： This paper describes the characteristics and status of fieldbus power plant according to the characteristics of two common FF and Profibus bus line installation， made according to the actual situation optimizing fieldbus installation. Only the bus cabling technology to meet the requirements， the bus control to be able to meet a variety of complex power plant control loop adjustment.

Key words： fieldbus； cabling； automation systems； smart meter