現(xiàn)場總線技術(shù)在百萬火電機組中的應用

曹乃琰

（國電集團有限公司寧夏分公司，銀川750002）

1 引言

國內(nèi)首個在百萬火電機組控制系統(tǒng)中應用現(xiàn)場總線技術(shù)的是華能金陵電廠，在這之后的10年，隨著技術(shù)的日新月異，到國電寧夏方家莊電廠2臺一百萬火電機組工程已成功實現(xiàn)了全廠現(xiàn)場總線技術(shù)與國產(chǎn)DCS的成功組合，全廠現(xiàn)場總線測點與常規(guī)的硬接線I/O測點占比經(jīng)測算已達到了70%以上，希冀通過本文的闡述，能對其他類似火電廠工程在前期策劃、初步設(shè)計、設(shè)備選型、過程施工管理和安裝調(diào)試等方面有所幫助。

2 現(xiàn)場總線工程應用過程

國電寧夏方家莊電廠2×1000MW超超臨界火電機組1#機組于2018年9月整套啟動，2#機組于2019年4月整套啟動，7月份通過168h試運。2臺超超臨界百萬機組現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)選用的是西門子公司Profibus總線協(xié)議，DCS控制系統(tǒng)選用的是國電智深控制技術(shù)有限公司的EDPF-NT-Plus 3.3系列，首次搭載了國電智深公司的PB通訊卡，通過PB卡的協(xié)議轉(zhuǎn)換成功實現(xiàn)了DCS與FCS的結(jié)合。上述組合方案提供了對現(xiàn)場智能儀表和控制執(zhí)行機構(gòu)的全局意義上的控制，自項目帶電調(diào)試實施以來，F(xiàn)CS和DCS兩個系統(tǒng)的運行均十分穩(wěn)定，未發(fā)生一般及以上通訊問題，大大提升了火電廠控制系統(tǒng)數(shù)字化的水平，節(jié)約了工程造價。

2.1 現(xiàn)場總線技術(shù)應用原則

主控網(wǎng)應用FCS原則：（1）對鍋爐、汽機本身的運行安全有重大影響的系統(tǒng)，仍采用傳統(tǒng)的DCS硬接線和I/O設(shè)備；（2）從現(xiàn)場直接采集的DAS信號全部采用FCS的儀表、設(shè)備；IDAS信號采用Profibus-DP接口的遠程智能前端采集通訊至DCS的方式；（3）SOE 采用常規(guī) DCS 采集方式；（4）FSSS 中磨煤機系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)設(shè)備和信號采用FCS（FSSS保護信號除外）；（5）汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)，采用常規(guī)控制方式。

輔控網(wǎng)絡(luò)應用FCS原則：（1）水網(wǎng)主要包括：鍋爐補給水系統(tǒng)、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)、雨水泵房系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理系統(tǒng)和其他系統(tǒng)等，水網(wǎng)通過交換機光纖接口連接，與灰網(wǎng)和輸煤系統(tǒng)組成全廠輔控網(wǎng)；（2）灰網(wǎng)除空壓機以外全部采用FCS控制方式；（3）運煤控制系統(tǒng)主要包括輸煤及煤水系統(tǒng)，其中，包含從煤場到各級轉(zhuǎn)運站、碎煤機室最終到煤倉間的各級控制，目前輸煤系統(tǒng)接入總線有兩種方式，電力線載波和分布式I/O（就地I/O模塊采集數(shù)據(jù)，與DPU通過Profibus-DP協(xié)議通訊控制）；（4）脫硫、脫硝系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)；（5）公共氨區(qū)采用常規(guī)DCS控制方式。

2.2 網(wǎng)段設(shè)計原則

冗余設(shè)置的現(xiàn)場儀表應接入不同網(wǎng)段,工藝上并列運行或冗余配置的設(shè)備，其相關(guān)驅(qū)動裝置應連接在不同的網(wǎng)段上?？刂崎y門和其旁路閥門應連接到不同的現(xiàn)場總線網(wǎng)段；控制邏輯相關(guān)的儀表和控制對象原則上掛接在同一總線網(wǎng)段上；同一工藝系統(tǒng)的電動機和電動執(zhí)行機構(gòu)原則上一般連接在同一DP總線上。

對于Profibus總線，現(xiàn)場總線模件可以設(shè)定不同的總線速率以適應不同的處理器應用功能。除了現(xiàn)場總線固有的總線速率限制，現(xiàn)場總線網(wǎng)段超出一個建筑物的情況下總線傳輸速率應不小于500kbps。

對于Profibus-DP總線，每個網(wǎng)段上掛接的現(xiàn)場總線設(shè)備數(shù)量應不超過10個，每個Profibus主站下掛接的DP從站設(shè)備數(shù)量不可超過16個，且所有Profibus網(wǎng)段中不能裝設(shè)中繼器,如需擴展應通過增加DP主站實現(xiàn)。

對于所有Profibus-PA總線網(wǎng)段，應用于控制時，每個網(wǎng)段掛接的現(xiàn)場總線設(shè)備數(shù)量不得超過6個，且同一網(wǎng)段上掛接的閥門數(shù)量不超過2個；當用于非控制目的時，每個網(wǎng)段掛接的現(xiàn)場總線設(shè)備數(shù)量不得超過12個。每個DP/PA LINK（占用總線地址，速率最高12MB/s）下帶的Pacoupler不占用總線地址，但降速率運行）數(shù)量不超過3個。

為了發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的本質(zhì)性優(yōu)越性，應配置性能優(yōu)良的現(xiàn)場總線儀表和設(shè)備診斷、維護、管理軟件。軟件應能夠?qū)ΜF(xiàn)場總線各層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、網(wǎng)橋設(shè)備、各支路（或網(wǎng)段）的儀表、設(shè)備進行診斷、監(jiān)視、參數(shù)設(shè)定和調(diào)整、校驗等。同時向用戶開放可用于二次開發(fā)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工具、功能接口等。

3 工程設(shè)計及實施過程中可能遇到的問題及解決辦法

3.1 網(wǎng)段設(shè)計

DCS廠家為節(jié)省卡件及光纜、通訊電纜的用量，在設(shè)計中通過中繼器擴充網(wǎng)段的帶載能力，會造成同一網(wǎng)段掛接了多個系統(tǒng)的大量關(guān)鍵設(shè)備，一旦網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)斷點，會影響多個系統(tǒng)的正常運行。

解決方法：在招標文件、技術(shù)協(xié)議中，明確要求其網(wǎng)段設(shè)計要按照技術(shù)要求中的設(shè)計原則進行設(shè)計，現(xiàn)場總線網(wǎng)段的設(shè)計應可靠、每個網(wǎng)段上掛接的設(shè)備數(shù)量不能超過16臺，每個通訊主站只能接兩個主干網(wǎng)絡(luò)，若需要擴充網(wǎng)段，必須采用增加通訊主站的方式，網(wǎng)絡(luò)中盡量少的采用中繼器來擴充網(wǎng)絡(luò)的帶載能力。

3.2 光纜、通訊電纜敷設(shè)與熔接

采用現(xiàn)場總線技術(shù)后，現(xiàn)場的大部分控制電纜被光纜及通訊電纜所替代，敷設(shè)普通電纜與光纜的技術(shù)要求也不同，現(xiàn)場施工中施工人員不能很好地區(qū)分控制電纜和光纜，可能會出現(xiàn)光纜安裝彎曲半徑過小，光纖折斷，熔接光纜時，只熔接連接網(wǎng)段的1芯或者2芯，備用芯不進行熔接；通訊電纜（DP/PA電纜）在敷設(shè)過程中與動力電纜敷設(shè)在同一槽盒內(nèi)，當大功率設(shè)備啟動時，會造成強烈的干擾，影響正常通訊。

解決辦法：在電纜敷設(shè)前對施工人員進行技術(shù)交底，敷設(shè)時不得隨意彎折光纜，光纜長度與實際需求一致，光纜兩端留少量余量，中間不得有接頭，每條光纜長度不宜超過1000m。本工程現(xiàn)場總線采用4芯光纜，最小安裝彎曲半徑不小于5.08cm，最大安裝應力不應超過45kg。光纖熔接時，4芯光纜必須全部熔接，兩芯作為備用；Profibus電纜最小彎曲半徑75mm；多個彎曲，半徑≥150mm。若彎曲半徑小于此數(shù)據(jù)，則將對Profibus電纜造成損壞并改變其電氣特性。

3.3 智能設(shè)備與D CS不兼容

根據(jù)國內(nèi)部分電廠FCS實施出現(xiàn)的問題來看，智能設(shè)備與DCS系統(tǒng)兼容性也是工程能否順利實施的關(guān)鍵問題之一。例如，某廠在設(shè)備到貨前，未進行DCS兼容性測試，導致到廠的設(shè)備不能與DCS正常通訊，由于智能設(shè)備大多為進口設(shè)備，采購周期較長，因此，延誤工期3～4個月。

解決辦法：在設(shè)備招標采購時，要求設(shè)備廠家所供的智能設(shè)備在供貨前必須將同批次設(shè)備樣品送至DCS廠家進行兼容性測試，由DCS廠家出具兼容性測試報告，凡不兼容的設(shè)備，由供貨廠商整批次免費更換，并承擔工程建設(shè)的相應經(jīng)濟責任。

4 結(jié)語

現(xiàn)場總線控制技術(shù)是未來發(fā)展的趨勢，這一點不容置疑，但現(xiàn)場總線控制技術(shù)目前不是非常成熟，取代DCS控制系統(tǒng)尚需時日。未來隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的迅速發(fā)展，不僅會降低企業(yè)的初期投資，其更深層次的開發(fā)應用對于將來的維護管理也會帶來很可觀的經(jīng)濟收益。