現(xiàn)場(chǎng)總線在火力發(fā)電廠應(yīng)用淺析

李敏

摘要： 本文介紹了某電廠2×350MW機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用情況，從熱控保護(hù)配置的獨(dú)立性及可靠性角度提出了現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用原則，對(duì)總線在主機(jī)及輔機(jī)的應(yīng)用情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)和利時(shí)DCS系統(tǒng)總線使用過(guò)程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了思考和分析，具有一定的推廣價(jià)值，為同行業(yè)的工程建設(shè)提供了借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場(chǎng)總線;DCS;應(yīng)用原則;大數(shù)據(jù)

0? 引言

現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)作為一種新興技術(shù)，已廣泛成功地應(yīng)用在石化、化工、冶金、醫(yī)藥、市政工程、樓宇、建材等多個(gè)行業(yè)，與其形成鮮明對(duì)照的是，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠過(guò)程控制中的實(shí)質(zhì)性實(shí)施卻始終不多。

隨著認(rèn)識(shí)的提高和技術(shù)的發(fā)展，這樣的局面已有所改變。如在華能玉環(huán)電廠補(bǔ)給水、廢水系統(tǒng)中成功實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全面應(yīng)用，該項(xiàng)目的順利實(shí)施，證明現(xiàn)場(chǎng)總線在電廠輔助生產(chǎn)控制系統(tǒng)中應(yīng)用是完全可行的。隨后在華能海門電廠（2*1036MW機(jī)組）脫硫系統(tǒng)、華能九臺(tái)電廠（2*660MW機(jī)組）和金陵電廠（2*1030MW機(jī)組）主機(jī)控制系統(tǒng)上率先采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，隨著九臺(tái)電廠#1機(jī)組于2009年10月24日投產(chǎn)、金陵電廠#1機(jī)組于2009年12月23日投產(chǎn)，標(biāo)志著大型火電機(jī)組主控系統(tǒng)已具備全面使用現(xiàn)場(chǎng)總線的條件。

1? 現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介

按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線基全會(huì)FF的定義：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。

全數(shù)字化和開(kāi)放性是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)還包括以下幾點(diǎn)：

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)把功能塊分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表中執(zhí)行，因此取消了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)中的過(guò)程控制站。例如，現(xiàn)場(chǎng)總線變送器除了具有一般變送器的功能之外還可以運(yùn)行Pm控制功能塊。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線除了傳輸信息之外，還可以完成為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電的功能?？偩€供電不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的安裝布線，而且還可以通過(guò)配套的安全柵實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全系統(tǒng)，為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)總線為開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)?，F(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議是一個(gè)完全開(kāi)放的協(xié)議，是采用公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的通信協(xié)議。這就意味著來(lái)自不同廠家的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，只要符合現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，就可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。

2? 現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用原則

考慮到火電機(jī)組控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，本電廠以成熟的DCS為基本系統(tǒng)，無(wú)縫嵌入現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)通信模件，形成現(xiàn)場(chǎng)總線的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)，連接現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制和設(shè)備驅(qū)動(dòng)。并采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的信息處理、設(shè)備診斷和設(shè)備管理軟件，發(fā)揮FCS的本質(zhì)優(yōu)越性。

從熱控系統(tǒng)保護(hù)配置的獨(dú)立性及可靠性考慮，機(jī)組建設(shè)期間，在我廠DCS聯(lián)絡(luò)會(huì)上經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院、調(diào)試所以及我廠生產(chǎn)準(zhǔn)備人員的多次討論，最終提出了以下配置原則：

（1）采用常規(guī)DCS控制部分主要包括：DAS從現(xiàn)場(chǎng)直接采集的信號(hào)、SOE信號(hào)、所有6kv電機(jī)、FSSS中制粉系統(tǒng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)備和信號(hào)、電氣ECS中的380V斷路器;鍋爐、汽機(jī)和公用控制系統(tǒng)中部分子系統(tǒng)的儀表、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)、鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)、鍋爐汽水系統(tǒng)閥門、鍋爐定排、二次風(fēng)門、暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)，凝結(jié)水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)部分閥門、輔汽設(shè)備、高低加、除氧器、軸封、真空系統(tǒng)部分設(shè)備、閉式水部分設(shè)備、給水系統(tǒng)部分儀表、汽機(jī)油凈化系統(tǒng)部分設(shè)備、發(fā)電機(jī)氫油水部分設(shè)備。

（2）采用FCS控制部分主要包括：對(duì)鍋爐、汽機(jī)本身的運(yùn)行安全有重大影響的系統(tǒng);汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)（ETS） 、汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（TSI）、給水泵汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（MTSI）、給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）和給水泵汽機(jī)電液數(shù)字控制系統(tǒng)（MEH）;用于重要保護(hù)連鎖的開(kāi)關(guān)量?jī)x表，如壓力/差壓、液位、溫度等過(guò)程開(kāi)關(guān)。

另外，采用現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備或者系統(tǒng)，我廠提出了以下要求：

（1）調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)若采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，選取具有冗余通訊接口的進(jìn)口品牌。

（2）同類現(xiàn)場(chǎng)總線儀表和設(shè)備應(yīng)避免采用不同公司的產(chǎn)品，并應(yīng)選擇通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威組織注冊(cè)認(rèn)證且在工業(yè)控制中有應(yīng)用業(yè)績(jī)的產(chǎn)品。

3? 現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)踐

我廠主機(jī)部分使用總線設(shè)備共517臺(tái)，其中，鍋爐側(cè)198臺(tái)，汽機(jī)側(cè)319臺(tái)，包括EMG電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、ROTORK電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、SIPOS電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伯納德電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、川儀電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、江蘇海博電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、瑞基電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、羅斯蒙特變送器PA、西門子定位器PA、ABB定位器、菲希爾定位器。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備管理系統(tǒng)中，可以統(tǒng)計(jì)出使用總線設(shè)備后點(diǎn)數(shù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了5225個(gè)點(diǎn)，是傳統(tǒng)點(diǎn)數(shù)的4倍多。

輔網(wǎng)使用總線設(shè)備共376臺(tái)，其中，化學(xué) 100臺(tái)，包括E+H、EJA、signet、波特超聲波液位計(jì)、北京華科儀分析儀表、EMERSON分析儀表、ROTORK、江蘇海博;除灰68臺(tái)，包括rotork、羅斯蒙特變送器、VEGASON、川儀、festo、FOAGO;脫硫208臺(tái)，包括的設(shè)備EJA變送器、伯納德電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備管理系統(tǒng)中，可以統(tǒng)計(jì)出使用總線后設(shè)備后點(diǎn)數(shù)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了2992個(gè)點(diǎn)，是傳統(tǒng)點(diǎn)數(shù)的2倍多。

通過(guò)以上的現(xiàn)場(chǎng)總線使用情況可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線相比傳統(tǒng)的DCS，可以提供更多的設(shè)備信息，為后續(xù)機(jī)組大數(shù)據(jù)計(jì)算和智慧電廠建設(shè)提供一個(gè)巨大的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

4? 現(xiàn)場(chǎng)總線的思考

我廠機(jī)組采取和利時(shí)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，目前已正式投產(chǎn)運(yùn)行，根據(jù)基建期的安裝調(diào)試以及生產(chǎn)運(yùn)行后的使用情況來(lái)看，系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定，出現(xiàn)的故障較少，維護(hù)量較小，以下是在使用過(guò)程中總結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。

（1）數(shù)據(jù)量大，傳統(tǒng)DCS一個(gè)信號(hào)只能傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)，而現(xiàn)場(chǎng)總線可以傳輸比較多的信號(hào)，比如，傳統(tǒng)的電動(dòng)門為了減少工程造價(jià)一般設(shè)計(jì)有開(kāi)指令，關(guān)指令，開(kāi)反饋，關(guān)反饋，以及一個(gè)電氣故障，就需要10根電纜，3個(gè)DI輸入2個(gè)DO輸出通道，使得安裝調(diào)試變得繁瑣。而使用總線后僅使用一個(gè)網(wǎng)段，也就是2根線不僅可以上傳上述信號(hào)外，還可以傳輸如過(guò)力矩報(bào)警，開(kāi)關(guān)次數(shù)，電池沒(méi)電報(bào)警等信號(hào)，為安裝調(diào)試節(jié)約時(shí)間，提高工作效率，為后期維護(hù)和故障分析帶來(lái)很大的便利。

（2）可擴(kuò)展性好。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)因技改或者設(shè)備異動(dòng)等原因，需要增加設(shè)備時(shí)，傳統(tǒng)系統(tǒng)必須放電纜到電子間，在DCS增加卡件和通道，而使用總線技術(shù)后可以在附近網(wǎng)段上進(jìn)行設(shè)計(jì)與組態(tài)后就可以增加設(shè)備，減少了鋪設(shè)電纜的工作量，也減少了DCS卡件的使用量，提高了電氣和熱控專業(yè)人員的工作效率。

（3）總線拓?fù)鋱D可以直觀反映設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)，這樣為運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、檢修人員及時(shí)分析定位問(wèn)題提供了很大便利，為設(shè)備管理提供了高效便捷的手段。

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線存在以下問(wèn)題：

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備比常規(guī)設(shè)備造價(jià)更高，進(jìn)口設(shè)備供貨周期更長(zhǎng)。部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備為偽總線，即采用總線進(jìn)行通信但沒(méi)有大量信息上傳。比如液位只傳輸液位上來(lái)，沒(méi)有故障檢測(cè)等功能。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備由于是數(shù)字化通信，一個(gè)網(wǎng)段連接很多設(shè)備，因此為雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，但由于部分第三方總線設(shè)備不支持雙網(wǎng)冗余配置，為檢修帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）部分總線設(shè)備抗干擾能力較差，在近距離使用通信設(shè)備產(chǎn)生很大的干擾。

5? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在我廠大范圍的應(yīng)用，在定位設(shè)備缺陷、分析設(shè)備故障、新增設(shè)備等方面，均取得了較好的效果，具有一定的推廣價(jià)值，為同行業(yè)的工程建設(shè)提供了借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 《和利時(shí)DCS控制系統(tǒng)使用手冊(cè)》