火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的調(diào)試與問題處理

邱深辰，羅志浩，王異成

（杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014）

火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的調(diào)試與問題處理

邱深辰，羅志浩，王異成

（杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014）

介紹了FOUNDATION FIELDBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和調(diào)試步驟，結(jié)合660 MW超超臨界燃煤機(jī)組的投產(chǎn)調(diào)試，從現(xiàn)場(chǎng)總線物理連接層和軟件組態(tài)配置層2個(gè)方面進(jìn)行了全面的分析，逐一提出了調(diào)試運(yùn)行中應(yīng)注意的問題，為現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣應(yīng)用提供借鑒。

火電廠；FOUNDATION FIELDBUS；現(xiàn)場(chǎng)總線；應(yīng)用

某火電廠新建2臺(tái)660 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，除重要保護(hù)以及重要設(shè)備的控制系統(tǒng)仍采用硬接線的方式外，其它系統(tǒng)廣泛采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，單元機(jī)組總線控制對(duì)象數(shù)量近千個(gè)。目前，機(jī)組已完成滿負(fù)荷168 h連續(xù)試運(yùn)行并移交試生產(chǎn)，DCS控制系統(tǒng)總體運(yùn)行平穩(wěn)可靠，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備通信正常，控制精確。

本文主要對(duì)FOUNDATION FIELDBUS（以下簡(jiǎn)稱FF）現(xiàn)場(chǎng)總線、設(shè)備調(diào)試以及問題處理情況進(jìn)行介紹和總結(jié)。

1 FF現(xiàn)場(chǎng)總線概述

FF現(xiàn)場(chǎng)總線是由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)開發(fā)，以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。

FF現(xiàn)場(chǎng)總線通信速率分低速H1和高速H2。H1的傳輸速率為31.25 kbps，通信距離可達(dá)1 900 m（可加中繼器延長(zhǎng)），支持總線供電和安全防爆環(huán)境的要求。H2的傳輸速率為 1 Mbps和 2.5 Mbps，通信距離分別為750 m和500 m。

物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC 1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置為正跳變或負(fù)跳變。正跳變代表0，負(fù)跳變代表1，從而使串行數(shù)據(jù)位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。接收方既可根據(jù)跳變的極性來判斷數(shù)據(jù)的“1”“0”狀態(tài)，也可根據(jù)數(shù)據(jù)的中心位置精確定位。

FF現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)有：減少接線與安裝工作，易于集成，簡(jiǎn)化操作和維護(hù)。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的DCS遵循的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議都不同，如艾默生的Ovation系統(tǒng)同時(shí)支持Profibus-DP，Profibus-PA，F(xiàn)F和Hart現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議。

2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的調(diào)試步驟

以艾默生Ovation系統(tǒng)FF總線為例，圖1為FF總線測(cè)量值換算修正計(jì)算邏輯，將測(cè)量值按需轉(zhuǎn)換單位。一般壓力測(cè)量值的默認(rèn)單位為kPa，可以通過輔助邏輯計(jì)算得到以MPa為單位的計(jì)算值，用于邏輯組態(tài)。其調(diào)試步驟如下：

（1）完成現(xiàn)場(chǎng)變送器安裝接線，并用羅斯蒙特HART475手操器掃描掛在總線上的設(shè)備，確保變送器接線無誤，屏蔽合格。

（2）打開Ovation Developer Studio軟件，找到總線設(shè)備所在的Port端口，右鍵掃描總線設(shè)備，在右側(cè)窗口可以獲取在線設(shè)備的ID和Tag號(hào)以及廠商型號(hào)等信息。

（3）設(shè)備Tag號(hào)一般在安裝前就可以提前寫入設(shè)計(jì)提供的設(shè)備KKS號(hào)，若設(shè)備Tag號(hào)未作修改，則需要確認(rèn)設(shè)備ID并匹配設(shè)計(jì)的KKS，在添加設(shè)備建點(diǎn)時(shí)增加KKS。

（4）在設(shè)備所在的端口，右鍵Fieldbus Devices新建測(cè)點(diǎn)，設(shè)備廠商、型號(hào)、版本都要選擇正確，并加入診斷點(diǎn)號(hào)（命名規(guī)則一般為在設(shè)備KKS后綴加ZD），其他選項(xiàng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，一般會(huì)將Enable Plant Web Alerts選項(xiàng)的取消，保存退出。

（5）確認(rèn)所建測(cè)點(diǎn)無誤后，右鍵Download對(duì)應(yīng)的端口信息。

（6）邏輯組態(tài)，一般壓力、流量等變送器的接口邏輯都會(huì)在相應(yīng)的控制任務(wù)區(qū)內(nèi)建輔助邏輯頁。在組態(tài)頁，選擇FFAI塊作為變送器的接口，并做一些換算修正計(jì)算邏輯。特別要注意在Foundation Fieldbus Device選項(xiàng)中選擇正確的功能塊（一般格式為KKS/功能塊號(hào)，具體可見所建點(diǎn)的Function Blocks中的FFAI或FFAO），保存邏輯頁。

（7）返回Ovation Developer Studio，右鍵測(cè)點(diǎn)KKS，選擇Commission進(jìn)行設(shè)備識(shí)別連接，注意選擇與實(shí)際設(shè)備相匹配的設(shè)備ID，若設(shè)備Tag號(hào)已提前寫入KKS，則會(huì)自動(dòng)匹配。若Tag號(hào)與所建KKS不一致，則需要通過ID號(hào)識(shí)別。依次執(zhí)行下一步，在出現(xiàn)提示是否將該設(shè)備作為備份主鏈接時(shí)，選擇否。最后等待設(shè)備Commissioned，通信正常。

（8）Load相應(yīng)的控制器，保持主/備控制器數(shù)據(jù)一致。

（9）下裝完成后，選擇測(cè)點(diǎn)的功能塊Function Blocks，在對(duì)應(yīng)FFAI或FFAO右鍵進(jìn)入Tuning菜單（在線的會(huì)有Active后綴），將設(shè)備目標(biāo)模式置為Auto（變送器）或Cascade（調(diào)閥），Commit后如實(shí)際模式與目標(biāo)模式一致即為添加成功，如不一致可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備斷電重新連接，并Clear端口，重新Download端口。注意Tuning選項(xiàng)中的量程和單位。

（10）查看畫面變送器（調(diào)閥）的狀態(tài)。若通信正常，變送器的數(shù)值和就地顯示將一致，并且實(shí)時(shí)變化。調(diào)閥的指令正確無誤的送至總線型閥門，模擬量反饋應(yīng)和現(xiàn)場(chǎng)閥門的實(shí)際位置一致，偏差在允許范圍內(nèi)。

3 FF現(xiàn)場(chǎng)總線物理連接層問題分析及處理

3.1 物理連接

物理連接層主要是用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)物理設(shè)備與總線之間的連接，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俟?。由于大部分總線調(diào)試發(fā)現(xiàn)的故障均發(fā)生在物理連接層，因此設(shè)備安裝、接線過程是總線調(diào)試工作中需要注重的環(huán)節(jié)?？偩€設(shè)備安裝降低了電纜需求，一般1條總線網(wǎng)段可以同時(shí)掛16臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，甚至更多。實(shí)際應(yīng)用時(shí)總線可承受的設(shè)備總數(shù)受諸多因素影響，例如DCS控制系統(tǒng)的不同、總線供電、設(shè)備電耗、電纜類型、是否使用中繼器、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞取?/p>

圖1 FF總線測(cè)量值換算界面

如圖2所示，每個(gè)FF現(xiàn)場(chǎng)卡包含2個(gè)獨(dú)立的電隔離Fieldbus通道，通過基座的端子板連接到Fieldbus網(wǎng)絡(luò)。FF電源調(diào)節(jié)器和電源必須外部提供，并且通過總線電纜將現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)接線箱連接，注意在最末端接入終端電阻。

圖2 FF總線供電示意

現(xiàn)場(chǎng)的FF總線設(shè)備可以就近接入到總線箱內(nèi)，1條總線一般連接1～3只總線箱，每個(gè)總線箱掛8個(gè)設(shè)備?？偩€箱的專用端子設(shè)計(jì)了短路保護(hù)，短路時(shí)指示紅燈亮起，確保單一支路短路故障時(shí)不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。在總線接線調(diào)試過程中，首先要確保總線的主回路連接無誤，屏蔽可靠，并且單點(diǎn)接地，然后逐一掛入總線設(shè)備。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)生的總線物理層連接故障有以下情形。

3.2 總線正負(fù)極接錯(cuò)

總線連接口很多，從設(shè)備到總線箱、末級(jí)總線箱到上級(jí)總線箱、總線箱和電子間的電源調(diào)節(jié)器、電源調(diào)節(jié)器到卡件，任一個(gè)環(huán)節(jié)都必須按照要求的正負(fù)極接入。

3.3 總線設(shè)備錯(cuò)掛至其他總線回路

由于現(xiàn)場(chǎng)總線箱眾多，一條總線回路有多個(gè)總線箱，經(jīng)常發(fā)生設(shè)備錯(cuò)掛現(xiàn)象。在上位機(jī)上掃描設(shè)備時(shí)，一直掃不到需要識(shí)別的設(shè)備，但就地設(shè)備有供電，且指示正常。調(diào)試期間，可以通過直接在電子間斷開總線輸入端，確定是否錯(cuò)掛。

3.4 下級(jí)接線箱主路誤接至上級(jí)總線箱的設(shè)備級(jí)支路

將下級(jí)接線箱的設(shè)備全部掛到一個(gè)支路上，下級(jí)接線箱內(nèi)的回路指示都正常，不易發(fā)覺，只有到上級(jí)接線箱查看時(shí)，才可以發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的支路指示燈報(bào)警。

3.5 總線設(shè)備超最大允許個(gè)數(shù)

不同的FF總線能夠掛多少設(shè)備數(shù)不一，但一旦設(shè)備掛入數(shù)量接近或者超過最大允許數(shù)量時(shí)就容易造成上位機(jī)無法識(shí)別，或者識(shí)別困難。廠商給出的理論掛載個(gè)數(shù)往往受到多個(gè)因素的影響，比如電纜類型、總線距離、設(shè)備功耗等。多次出現(xiàn)類似情形，前期設(shè)備掃描很順利，隨著設(shè)備數(shù)量的增多，部分設(shè)備無法識(shí)別。此時(shí)，一般都會(huì)將先前已完成組態(tài)連接的設(shè)備解掛，將無法識(shí)別的設(shè)備優(yōu)先接入，完成組態(tài)連接后將之前的設(shè)備再次接入。

3.6 總線屏蔽問題

現(xiàn)場(chǎng)總線容易受到信號(hào)干擾，設(shè)備安裝不良、接線不規(guī)范、屏蔽措施不到位都容易影響總線信號(hào)的傳輸。注意做好電纜屏蔽層連接，總線電纜與強(qiáng)電電纜分開敷設(shè)，強(qiáng)弱電纜交匯處使用屏蔽隔板。

4 FF現(xiàn)場(chǎng)總線軟件組態(tài)配置層問題分析

4.1 設(shè)備與DCS的連接

FF現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備完成物理連接后，需要和DCS控制系統(tǒng)連接后才能傳輸數(shù)據(jù)。首先需要分配總線網(wǎng)段地址，以便DCS系統(tǒng)能夠訪問總線設(shè)備。在調(diào)試過程中，掃到網(wǎng)段上的FF設(shè)備，讀取設(shè)備的廠商型號(hào)等信息。通過組態(tài)配置傳輸通道，上載設(shè)備初始參數(shù)到DCS，按照設(shè)計(jì)要求更改量程單位等參數(shù)，確認(rèn)無誤后下載到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在線后即能獲取實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視參數(shù)。

在FF設(shè)備軟件組態(tài)、參數(shù)修改的調(diào)試過程中，主要遇到以下典型問題。

4.2 FF總線卡件未配置文件

新卡需要下載配置文件后才能夠使用，一般出廠前都已進(jìn)行初始配置，但現(xiàn)場(chǎng)存在添加新卡、更新配置文件的可能，需要現(xiàn)場(chǎng)下載配置文件。因此，可以使用艾默生的硬件診斷工具查看并下載配置文件，并軟件勾選reboot重啟，甚至需要插拔卡件重啟。

4.3 DD文件缺失或版本不一致

DD（設(shè)備描述文件）是DCS控制系統(tǒng)識(shí)別匹配總線設(shè)備的重要文件。一些供貨商的FF現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備DD文件版本與DCS總線版本不匹配，造成通信不正常，在網(wǎng)段上容易丟包。此時(shí)需要與設(shè)備廠商配合解決，提供最新的或與設(shè)備兼容的DD文件，并將該文件導(dǎo)入到DCS控制系統(tǒng)。

4.4 FF設(shè)備無法識(shí)別

FF設(shè)備被掃到后，正常情況都應(yīng)該處于備用狀態(tài)。但是，實(shí)際調(diào)試中遇到很多設(shè)備處于Unrecognized（無法識(shí)別）或Offline（離線）狀態(tài)。對(duì)于Unrecognized狀態(tài)可以右鍵斷開設(shè)備連接，刷新后進(jìn)入Offline狀態(tài)，再到現(xiàn)場(chǎng)斷開設(shè)備接線，重新接線上電，設(shè)備就可以處于熱備用狀態(tài)，用于組態(tài)連接。

4.5 設(shè)備無法切Auto或Cascade模式

FF設(shè)備完成組態(tài)，配置參數(shù)并下載，切換設(shè)備模式。FF變送器一般需要切至Auto（自動(dòng)）模式，調(diào)閥需要切至Cascade（串級(jí)）模式。調(diào)試過程發(fā)現(xiàn)很多設(shè)備不能切換到目標(biāo)模式，并處于OOS（Out of Service）模式或者Local模式。這意味著設(shè)備連接的失敗，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視參數(shù)和DCS控制指令不能上傳下達(dá)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試出現(xiàn)此類問題的影響因素不一，可從以下幾方面分析處理：

（1）參數(shù)設(shè)置不正確。在進(jìn)行Tuning參數(shù)配置時(shí)，首先將目標(biāo)模式切至OOS模式，然后注意變送器的測(cè)量和輸出量程、單位的設(shè)定，L_TYPE方向的選擇，以及其他功能模塊的參數(shù)設(shè)置。特別要注意XD_SCALE和OUT_SCALE的單位設(shè)定要一致，因?yàn)閄D_SCALE單位在設(shè)定完畢后仍然會(huì)顯示NA，容易忽略。

L_TYPE項(xiàng)中羅斯蒙特的變送器需要設(shè)定為Direct，而Fisher的DVC6200f調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)就需要設(shè)定為Indirect，并且切換模式最好先切Auto再切Cascade模式，直接切Cascade模式不容易成功。不同廠商的FF設(shè)備，都有不同的設(shè)定要求，最好是查閱相關(guān)設(shè)備使用說明書，按照設(shè)備調(diào)試技術(shù)手冊(cè)要求操作執(zhí)行。

（2）合理利用手操器和第三方智能設(shè)備管理系統(tǒng)。一般通過DCS的Tuning功能就可以滿足參數(shù)設(shè)定需求，但如果出現(xiàn)總線連接失敗或者模式切換失敗時(shí)，手操器和第三方設(shè)備管理系統(tǒng)可以發(fā)揮更好的彌補(bǔ)作用。FF設(shè)備無法連接時(shí)，將手操器并聯(lián)在總線的正負(fù)端上，查看設(shè)備連接情況，并可對(duì)參數(shù)修改發(fā)送。注意修改參數(shù)時(shí)，需要將卡件連接斷開，否則會(huì)因?yàn)镈CS控制系統(tǒng)的占用無法修改。

艾默生的AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)幾乎兼容任何FF現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，用戶可以靈活使用AMS訪問在線診斷和報(bào)警，無需考慮其主機(jī)系統(tǒng)供應(yīng)商。有些Tuning無法實(shí)現(xiàn)切換目標(biāo)模式的設(shè)備，AMS可以切換成功，特別是設(shè)備的一些報(bào)警狀態(tài)，在AMS顯示更加直觀。AMS還可以對(duì)FF設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和初始化操作，處理大部分常規(guī)的設(shè)備故障。合理使用各類總線管理工具，是總線調(diào)試的必要手段。

（3）總線設(shè)備故障。一般總線設(shè)備故障報(bào)警都可以在Tuning功能塊、AMS管理系統(tǒng)或者就地儀表面板上反映出來，但一些總線設(shè)備故障不易發(fā)現(xiàn)，通過一系列排查工作還是無法發(fā)現(xiàn)問題的根本原因。這時(shí)可以嘗試更換同型號(hào)的設(shè)備，確定設(shè)備是否故障。其他如控制系統(tǒng)的兼容性、控制系統(tǒng)負(fù)荷率、信號(hào)的干擾等因素，都有可能造成總線設(shè)備的連接失敗。

5 結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了過程工業(yè)控制向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和分散化的發(fā)展方向，使得火電廠部分甚至全廠使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為可能。但火電廠對(duì)運(yùn)行的安全穩(wěn)定可靠、信號(hào)的品質(zhì)、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制的精確性等都有嚴(yán)格的要求，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)雖有很多的優(yōu)勢(shì)，但目前還存在不足，需要繼續(xù)發(fā)展和完善。隨著技術(shù)的不斷深化和發(fā)展，相信現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在火電廠自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用前景光明。

[1]夏德海.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)講座第四講 FF的HSE[J].自動(dòng)化與儀表，2006（1）:61-63.

[2]王軍.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用[C].//中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)600/1 000 MW超超臨界火電機(jī)組研討會(huì)，2008.

[3]金黔軍.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在華能玉環(huán)電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[C].//2004電站自動(dòng)化信息化學(xué)術(shù)技術(shù)交流會(huì)議論文集，2004.

（本文編輯：徐 晗）

Commissioning and Problem Handling of Fieldbus Device in Thermal Power Plant

QIU Shenchen，LUO Zhihao，WANG Yicheng
（Hangzhou E-energy Power Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces advantages and commissioning steps of FOUNDATION FIELDBUS and comprehensively analyzes physical connection layer and software configuration layer of fieldbus in accordance with the commissioning of 660 MW ultra-supercritical coal-fired units；besides，it presents precautions in commissioning one after another to provide a reference for fieldbus popularization and application.

thermal power plant；FOUNDATION FIELDBUS；field bus；application

TK39

B

1007-1881（2016）06-0053-04

2016-01-13

邱深辰（1987），男，助理工程師，長(zhǎng)期從事火電廠熱工調(diào)試和技術(shù)管理工作。