火力发电厂现场总线设备的兼容性测试

崔超超

（西安热工研究院有限公司，西安 710032）

火力发电厂现场总线设备的兼容性测试

崔超超

（西安热工研究院有限公司，西安 710032）

分析了火力发电厂现场总线兼容性测试的重要性，介绍了总线的类型、作用以及兼容性测试的具体内容，最大限度地体现分散控制系统和总线设备在兼容性方面的特点，为实际工程提供技术支撑。

火力发电厂；现场总线；调试；兼容性

0 引言

现场总线设备的兼容性测试是从工程角度出发，对现场总线设备的一致性和互操性［1］进行进一步验证。测试的目的不是检测总线设备是否能用，而是通过测试掌握总线设备如何使用以及如何处理应用过程中遇到问题。兼容性测试是总线设备在实际工程调试中顺利应用的重要技术保障。

1 总线系统概况

目前，国内火力发电厂应用的现场总线主要有过程现场总线（Profibus）和基金会现场总线（FF）。

Profibus总线由Profibus-FMS，Profibus-DP和Profibus-PA系列组成［2］，FMS大多被工业以太网代替，DP大量用于电厂开关量设备控制，PA主要用于自动化仪表。Profibus-DP总线的传输速率为9.6 kbit／s～12.0Mbit／s，9.6 kbit／s时最大网段传输距离为1 200m，12Mbit／s时最大网段传输距离为100m；传输介质为屏蔽双绞线或光缆；包含1个一类主站和1个二类主站的系统，最多可挂接124个站点。Profibus-PA总线传输速率固定为31.25 kbit／s，最大网段传输距离可达1 900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。

FF总线是针对工业过程控制而设计的一种总线，分为低速H1和高速HSE两种［2］：前者传输速率固定为31.25 kbit／s，最大网段传输距离可达1 900 m，可支持总线供电和本质安全防爆环境；后者基本被工业以太网所代替。FF总线大量用作火电厂模拟量的采集和控制。

2 Profibus兼容性测试

Profibus总线在火电厂大量用作开关量设备（阀门、泵、电机、加热器、电磁阀岛等）的控制，也可用作模拟量的采集和控制。

2.1 基本功能测试

基本功能为通信正常、数据交换正常。通信正常指的是分散控制系统（DCS）和总线设备配置正确，相互能检测到通信指示。数据交换正常指的是通信数据能满足现场工艺的需求，如开关量阀门要求有设备的远方／就地信号、故障信号、开关到位信号、开关指令信号等，模拟量阀门要求有模拟量指令和反馈。总线设备厂家往往采用不同方式将此类信号送至DCS，要求DCS完成这些信号的获取和处理并满足现场工艺的需求。

具体测试内容如下。

（1）模拟量信息是用数字（打包点）方式还是用模拟（浮点）方式传输：如果用数字方式，打包点取得之后如何转换；如果用模拟方式，双方的数据格式如何统一。

（2）不同总线设备对数据的存取方式是否一致，存取方式不一致需要将传输点字节高、低8位交换。

（3）开关型执行机构和模拟型执行机构是否需要使能位。

（4）总线设备模块配置是否完全匹配厂家规约。

2.2 冗余性测试

火电厂应用总线的规模越来越大，业主对总线冗余提出了安全性和可靠性的要求。目前，Profibus总线冗余基本都采用一类主站冗余配置、通信网络冗余配置和从站系统冗余配置的结构［3］，即完全冗余的两路Profibus数据链路。如何完整地测试这一冗余结构必须在兼容性测试中予以解决。

因为冗余通信的两路完全独立工作，则测试冗余链路可以首先测试两路是否能完全独立工作，其次测试在冗余切换时，信号是否能保证无扰。这里需要注意的是，一类主站冗余配置有些系统是通过DCS来完成的，有些是需要通过软件组态来实现的，不管哪种实现方式，冗余性测试都需满足以上两点要求。

2.3 DPV1测试

DPV1主要指非循环数据通信，这些通信数据能提供设备的实际运行状态，能诊断设备是否运行良好，依靠这些数据，检修人员不用去现场就能获知设备的实际状态。目前DCS厂家也都提供了专用软件来完成这一功能，大部分的总线设备也逐渐在支持这一功能。

DPV1测试主要测试总线设备能否支持DPV1功能，设备能否和DCS的专用软件建立通信并被DCS软件读取数据。

3 FF总线兼容性测试

订货阶段DCS厂家会给出一个FF设备清单，这个设备清单会详细列出DCS最新支持的FF仪表以及具体版本，业主在订货时必须严格依照这个设备清单去订货，清单里的设备原则上已经通过了FF产品的一致性和互操性测试。尽管如此，兼容性测试依然十分必要，这是因为：（1）FF发布的互操性测试系统还不十分完善，互操性测试更多倾向于测试FF用户规范的一致性、检验总线设备的用户层实现是否同FF用户层规范相符，即使不同厂家的设备都通过测试，也不能完全保证他们之间能真正互操作［4］；（2）某些FF设备如总线型阀门定位器本身没有提供任何调试界面，给现场调试带来了困难。这些问题都必须在兼容性测试时予以解决。

3.1 基本功能测试

基本功能为通信正常、数据正常。一般来说，所采购的设备在DCS厂家提供的设备清单里，DCS工作正常、接线正常，设备的通信一般不会有问题。

3.2 设备配置测试

通信正常，但数据不一定能满足工艺要求。一般要对设备进行配置，尤其是对液位、阀门、分析仪表等复杂仪表和设备进行配置，这部分的配置既可以在设备本身完成，也可以通过设备管理软件来完成。大量的设备诊断信息、报警信息也都可以从设备管理软件中获得，这些诊断和报警信息提供了设备的真实状态，对兼容性测试十分有用。

FF总线提供了3种类型的用户应用块：资源块、变换块及功能块［5］。资源块一般用于显示设备的制造厂商、模块型号及设备材质等；转换块是变送器和传感器的接口，用于读取传感器数据，仪表的量程标定、线性化以及对传感器进行组态一般都在转换块内完成；功能块主要用作信号采集和控制，即可理解为常规的AI，AO等。要取得满足工艺的数据，往往需要对这3种用户应用块都进行正确的配置。

FF设备的复杂性和多样性决定了FF总线的兼容性测试不仅需要测试人员对DCS和FF设备十分熟悉，同时也要熟知FF总线协议［6-7］。

在完成了所有总线测试后，需要对测试数据做详细的记录，对设备版本、DCS版本、设备数据／设备描述（GSD／DD）文件版本、DCS配置方法、设备接线情况、设备的单体调试等做详细的记录，出具完整的试验报告，作为总线设备现场调试的技术依据［8-9］。

4 结论

作为总线调试工作前期重要的一环，兼容性测试应该引起足够的重视。国内火电厂的工程经验证明，兼容性测试必须深入、细致，报告内容必须全面，如此，现场调试时技术依据充分，调试工作就会开展顺利；反之，兼容性测试做得不够，现场调试则会出现较大困难。

［1］林强，李震刚，阳宪惠.基金会现场总线的测试技术［J］.仪器仪表标准化与计量，2000（3）：5-8.

［2］崔逸群，颜渝坪，王春利，等.FF和Profibus现场总线在火电厂的应用研究［J］.热力发电，2006（2）：40-44.

［3］崔逸群，李哲毓，颜渝坪.Profibus现场总线Profibus-DP冗余通信网络研究［J］.热力发电，2012，41（6）：54-56.

［4］郑耿，贾永乐.基金会现场总线互操性测试系统分析［J］.测控技术，2002，21（3）：28-30.

［5］刘建昌，陈智锋，钱晓龙，等.Profibus与基金会现场总线［J］.基础自动化，2001（1）：1-4.

［6］DL／T 1212—2013火力发电厂现场总线设备安装技术导则［S］.

［7］马玉敏.现场总线技术在火电厂的应用［J］.华电技术，2010，32（5）：38-40.

［8］阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.2版.北京：清华大学出版社，2008.

［9］姚竹亭，王宪朝，郝玉杰，等.现场总线PROFIBUS技术及应用［J］.华北工学院学报，2001，22（3）：227-231.

（本文责编：刘芳）

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：1674-1951（2015）06-0032-02

崔超超（1984—），男，陕西咸阳人，工程师，从事电厂自动控制方面的研究工作（E-mail：fksz23＠163.com）。

2014-11-18；

2015-04-27