淺析火電廠全廠總線控制技術(shù)應用

郭 軍

大唐平羅發(fā)電有限公司

淺析火電廠全廠總線控制技術(shù)應用

郭 軍

大唐平羅發(fā)電有限公司

目前，國內(nèi)火電廠采用的主流DCS基本上都已提供了各自的現(xiàn)場總線解決方案。如西門子公司、和利時公司支持PROFIBUS現(xiàn)場總線標準；FOXBORO公司的I/A支持PROFIBUS和FF現(xiàn)場總線標準；艾默生公司的OVATION提供了FF和PROFIBUS-DP現(xiàn)場設(shè)備的接入；ABB公司Symphony系統(tǒng)能接受PROFIBUS和FF現(xiàn)場總線標準。這些著名DCS品牌產(chǎn)品無一例外地均是在原有DCS的基礎(chǔ)上，提供對智能現(xiàn)場儀表和控制執(zhí)行機構(gòu)的現(xiàn)場總線支持?？梢赃@樣說，火電廠現(xiàn)場總線的應用將更側(cè)重于現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化及由此數(shù)字化而帶來的種種益處，而不在于純粹意義上的FCS應用。

火電廠；總線控制；技術(shù)應用；

一、總線控制的理論和實踐依據(jù)

這些年來，通過現(xiàn)場總線在不同行業(yè)中的逐步深入應用，專業(yè)技術(shù)人員對各種總線標準應用場合的認識日益清晰。比較一致的結(jié)論是：對過程控制應用來說，PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標準相比而言，F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制(取代4～20mA模擬量)，而PROFIBUS不僅適合離散量控制，而且也適用于連續(xù)量控制。大量的工程實踐證明，PROFIBUS和FF現(xiàn)場總線標準能夠滿足電廠過程控制的應用要求。因此，機組控制系統(tǒng)建議采用上述兩種現(xiàn)場總線標準。

火電廠機組控制具有控制任務集中而復雜的特點，不同的控制回路之間往往存在相互的聯(lián)系。如果將機組控制任務分散到智能現(xiàn)場設(shè)備中，將會有大量控制系統(tǒng)網(wǎng)絡分段之間的通訊，從而造成系統(tǒng)通訊負荷增大，信號傳輸?shù)膶崟r性會受到影響；更重要的是當網(wǎng)絡分段出現(xiàn)故障時，不同網(wǎng)段上設(shè)備之間的聯(lián)鎖功能無法實現(xiàn)，嚴重情況下會影響到工藝系統(tǒng)及設(shè)備的安全運行。

二、總線控制的研究內(nèi)容和初步實施方案：

本科技項目主要通過詳細的技術(shù)對比以及經(jīng)濟分析，探索研究本工程在主廠房、輔助車間的現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備層采用全面的現(xiàn)場總線技術(shù)的可行性。

而現(xiàn)場總線控制技術(shù)在機組控制中的應用，主要需要考慮以下幾個方面的問題：

2.1 可靠性和可用性

電廠發(fā)電機組連續(xù)安全穩(wěn)定運行是至關(guān)重要的，而控制系統(tǒng)的可靠性是保證機組可用率的重要因數(shù)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)場總線技術(shù)(FF和PROFIBUS)已經(jīng)采用了多項措施，常用的有分散和冗余二項。

分散方面：對FCS系統(tǒng)而言，主要通過網(wǎng)絡分散和控制分散來提高可用性。除去將一般控制功能下放到現(xiàn)場，設(shè)計中通過上層網(wǎng)絡的區(qū)域劃分和下層網(wǎng)絡的風險管理等，做到一個回路的故障不影響到另一個回路。主要控制策略還是采用常規(guī)DCS應用方式，按工藝系統(tǒng)分散在不同的控制器內(nèi)實現(xiàn)，故功能分散能夠滿足要求。

冗余方面：現(xiàn)場總線系統(tǒng)通過主站網(wǎng)絡冗余(介質(zhì)冗余、網(wǎng)絡冗余、網(wǎng)絡與介質(zhì)冗余)、變送器冗余、總線電源冗余、鏈路設(shè)備冗余、控制器冗余、冗余分離(即冗余部件應從物理上、地理上分散，如主處理器和備份處理器應該插在相隔一段距離的不同底板上)等實現(xiàn)，其中鏈路設(shè)備冗余、電源、主站網(wǎng)絡和操作員站冗余是現(xiàn)場總線系統(tǒng)常用的冗余措施。擬對所有具有冗余總線接口的電動執(zhí)行機構(gòu)、馬達驅(qū)動控制裝置等設(shè)備均考慮采用冗余總線連接；控制系統(tǒng)中所有總線電源也冗余配置。

通過診斷可以提高系統(tǒng)的可用性。這是FF和PROFIBUS設(shè)備管理中對現(xiàn)場設(shè)備本身的基本管理，因為現(xiàn)場總線設(shè)備具備多種自診斷信息，有利于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備本身及其它工藝設(shè)備的故障，從而確定其輕重級別和真實性。如冗余的備用設(shè)備狀況和切換狀況，通過診斷，證明冗余的備用狀況和切換情況，從而警示操作員更換冗余設(shè)備組中故障部分，使其準備好在下次故障發(fā)生時能正常投入。

2.2 實時性

在火電廠機組控制運用現(xiàn)場總線控制技術(shù)，現(xiàn)場總線的實時性是一個需要關(guān)注的內(nèi)容。對此，我們對一些控制系統(tǒng)進行了了解。其中，PROFIBUS-DP總線的數(shù)據(jù)為：PROFIBUS-DP總線的傳輸速率可達12Mbit/s。

2.3 故障影響性

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡設(shè)計至關(guān)重要，不僅要根據(jù)系統(tǒng)I/O點的規(guī)模，而且要根據(jù)設(shè)備的地理分布、功能的相關(guān)性等因數(shù)，設(shè)計各層網(wǎng)絡的覆蓋范圍、支路的數(shù)量、支路及分支的長度、各分支的設(shè)備數(shù)量等，這些設(shè)計對系統(tǒng)的性能、硬件配置等都有重要影響。

2.4 系統(tǒng)配置方案

整個機組控制系統(tǒng)按照工藝過程劃分為多個子系統(tǒng)，其中包括鍋爐啟動系統(tǒng)、鍋爐汽水/本體系統(tǒng)、鍋爐煙/風系統(tǒng)、燃油/制粉系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、汽機抽真空系統(tǒng)、汽機潤滑油/EH油系統(tǒng)等，上述各子系統(tǒng)均采用現(xiàn)場總線技術(shù)。對于工藝系統(tǒng)中的單回路(單沖量)調(diào)節(jié)，如汽機潤滑油溫度調(diào)節(jié)、輔助蒸汽溫度/壓力調(diào)節(jié)、汽機軸封壓力/溫度調(diào)節(jié)等可放在現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的閥門定位器中實現(xiàn)(也可仍在DCS控制器中控制)。

三、總線控制的預期目標和成果形式：

3.1 節(jié)約成本

采用現(xiàn)場總線后，控制系統(tǒng)的電纜、端子、電纜槽、橋架的用量減少，接線及查線的工作量減少。當需要增加現(xiàn)場總線設(shè)備時，可就近連接在現(xiàn)有現(xiàn)場總線網(wǎng)段上，既節(jié)省投資，又減少設(shè)計、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗工程的測算資料表明，可節(jié)約安裝費用30%以上。

3.2 開放性、互操作性與互換性

現(xiàn)場總線設(shè)備根據(jù)標準要求提供了電子設(shè)備描述語言。EDDL為對象設(shè)備提供一個不依賴某種軟件平臺的描述文件，使控制系統(tǒng)能夠理解設(shè)備中數(shù)據(jù)的意義。當產(chǎn)品符合相應的標準和規(guī)范，并通過為驗證是否遵守這些標準而做的測試后，即可實現(xiàn)該產(chǎn)品與其它符合同樣標準的產(chǎn)品之間的互操作功能?；ゲ僮餍阅苁箒碜圆煌圃鞆S商的設(shè)備在集成時更加方便易用。

3.3 現(xiàn)場總線設(shè)備的全數(shù)字化、智能化

現(xiàn)場總線設(shè)備將微處理器置入現(xiàn)場測量控制儀表中，具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力。數(shù)字信號使設(shè)備的信息量大大增加，傳輸抗干擾能力強，精確度高，減少了傳輸誤差，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.4 成果形式

最終，平羅火電項目DCS系統(tǒng)將會是一套將現(xiàn)場總線控制技術(shù)全面應用于全廠范圍內(nèi)的DCS系統(tǒng)。

總結(jié)

平羅火電項目本期工程擬建設(shè)2×660MW高效超超臨界空冷機組，同步安裝煙氣脫硫、脫硝裝置，并留有擴建4×1000MW機組的條件。

本工程機組設(shè)置一套基于現(xiàn)場總線設(shè)備的DCS實現(xiàn)對鍋爐及輔助系統(tǒng)和設(shè)備、汽輪發(fā)電機組及輔助系統(tǒng)和設(shè)備、電氣發(fā)變組及廠用電源的監(jiān)視與控制，實現(xiàn)旁路控制系統(tǒng)、汽輪機空冷系統(tǒng)、鍋爐脫硫及脫硝系統(tǒng)、除渣系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。設(shè)置DCS公用網(wǎng)絡，對于兩臺機組的公用系統(tǒng)，如廠用電公用系統(tǒng)、采暖加熱站及空調(diào)系統(tǒng)、脫硫公用系統(tǒng)、輔機干濕冷噴淋水泵房等設(shè)備的監(jiān)控納入DCS公用系統(tǒng)。