DCS現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

摘 要：簡述現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)，提出總線技術(shù)在電廠輔助廠房的應(yīng)用方案，并對其存在問題進(jìn)行分析。電廠總線技術(shù)的應(yīng)用是日后發(fā)展的主要趨勢。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；電廠輔助車間；應(yīng)用

1 前言

近年來，現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用已在火電廠中逐漸推廣開來?？刂葡到y(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，使其在結(jié)構(gòu)和性能上產(chǎn)生了較大提高?，F(xiàn)場總線作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系?，F(xiàn)場總線不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分部控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線至今未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。對于電廠控制過程而言，應(yīng)用較多的為PROFIBUS和FF總線。其中FF較適用于連續(xù)量控制，而PROFIBUS較適用于離散量控制，但同時(shí)也適用于連續(xù)量控制。本篇主要以PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)來討論總線技術(shù)在輔助廠房的應(yīng)用。

2 現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場總線技術(shù)的一個重要特點(diǎn)是不僅能夠傳送過程I/O信號，也能夠?qū)⒎沁^程數(shù)據(jù)通過總線進(jìn)行輸送。在一個基于現(xiàn)場總線技術(shù)的系統(tǒng)中，操作員可以從工作站觀察到工廠內(nèi)每一臺現(xiàn)場總線設(shè)備的內(nèi)部運(yùn)行情況。

基于現(xiàn)場總線技術(shù)的設(shè)備可執(zhí)行比單純的輸入輸出更多的功能。一臺變送器不僅能夠進(jìn)行測量，而且還可以完成補(bǔ)償和累計(jì)功能；一臺閥門定位器不但能對閥門定位，還可以完成流量的特征化與過程回路的控制等其他功能。

現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備和儀表取得更多的維護(hù)診斷數(shù)據(jù)。自診斷例行程序?qū)υO(shè)備的健康狀況進(jìn)行檢查。通過先進(jìn)的自診斷功能找出設(shè)備的故障是整個現(xiàn)場總線功能鏈中的第一步，它將為整個工廠在生命周期內(nèi)節(jié)約運(yùn)行成本。

利用對影響磨損的因素進(jìn)行超前指示，預(yù)測將更容易和精確。如符合現(xiàn)場總線規(guī)范的閥門定位器通過跟蹤閥桿往復(fù)的次數(shù)來收集諸如循環(huán)動作次數(shù)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由此來預(yù)測因密封件摩擦增加而導(dǎo)致的性能下降。

現(xiàn)場總線在初期和現(xiàn)在以及將來都能帶來大幅度的成本節(jié)約，從使用現(xiàn)場總線所能達(dá)到的成本節(jié)約來看，初期的成本節(jié)約表現(xiàn)在較低的購買成本、工程設(shè)計(jì)與安裝的費(fèi)用；而長期的成本節(jié)約則包括因有了網(wǎng)絡(luò)話的設(shè)備管理所帶來的較低的維護(hù)及運(yùn)行的成本，還有較低的擴(kuò)建和改造的費(fèi)用。

3 PROFIBUS現(xiàn)場總線在輔助車間的應(yīng)用

3.1 PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置方案

過程控制站控制器（DPU）與PROFIBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換模件連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換模件通過其提供的4個分段接口連接PROFIBUS-DP從站?？蚣軋D如下：

對于具有冗余DP接口的現(xiàn)場總線設(shè)備（電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)），采用冗余協(xié)議轉(zhuǎn)換模件和冗余DP段。同時(shí)為了減少信號反射，保障通訊質(zhì)量，一般在網(wǎng)段的末端位置需要加設(shè)終端電阻。如下圖：

考慮到大量的智能設(shè)備不具有冗余DP口（各類儀表、變送器、電磁閥箱），因此采用冗余協(xié)議轉(zhuǎn)換模件和單DP總線配置方案，通過y-link實(shí)現(xiàn)冗余DP網(wǎng)段與單DP網(wǎng)段的轉(zhuǎn)換。如下圖：

此外由于電子間至就地現(xiàn)場總線通訊箱的距離比較遠(yuǎn)，而PROFIBUS-DP電纜在500Kbit/s的通訊速率下的最大傳輸距離只有400m，因此需要使用光電轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，有效通信距離長達(dá)2km。

3.2 PROFIBUS-PA系統(tǒng)配置方案

對于應(yīng)用PA總線的設(shè)備，通過DP鏈接器和DP/PA耦合器將DP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為PA網(wǎng)絡(luò)，然后與智能現(xiàn)場設(shè)備相連。鏈接器作為一個DP從站并調(diào)度PA設(shè)備，DP/PA耦合器用于實(shí)現(xiàn)物理層信號類型轉(zhuǎn)換和總線供電。此外通過PA分配盒將單根PA信號拆分為多根PA信號，用于從主干線上連接現(xiàn)場儀表。將PA分配盒布置于若干相近的設(shè)備之間，可以減少分支電纜長度，降低成本。

4 結(jié)論

現(xiàn)場總線技術(shù)代表著數(shù)字化火電廠的發(fā)展方向，目前在國內(nèi)外電廠已經(jīng)有了一定規(guī)模的使用。隨著我國火電機(jī)組容量的不斷增大和電力市場競爭的日益激烈，建設(shè)數(shù)字化電廠是電力工業(yè)自動化和信息化發(fā)展的必然趨勢。它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來新的效益，因而會得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[2]崔逸群，李昱，顏渝坪，等.國產(chǎn)profibus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠的全面應(yīng)用[J].中國電力，2012，45（10）：56-58.

（作者單位：1.中國能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司；2.施耐德電氣設(shè)備工程（西安）有限公司）