电站现场总线布线的优化应用

摘 要：介绍了现场总线的特点和现状，根据电站常用的FF和Profibus两种总线安装线的特点，提出根据现场实际情况优化现场总线设备安装。只有总线电缆敷设工艺达到要求，总线控制才能够满足电站各种复杂控制回路的调节。

关键词：现场总线；电缆布线；自动化系统；智能仪表

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.082

20世纪90 年代以来，随着智能控制设备、计算机、网络技术的发展，现场总线技术迅速发展，现场总线的智能仪表与开放自动化系统已经成为了当今工业自动化发展的热点。按照国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。简单的说，现场总线就是用数字通信替代了4～20 mA模拟信号和开关量信号，连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，它是一种全计算机化、全数字化、双向通信的新型控制系统。

1 电站常用的现场总线

2003-04，IEC61158 Ed.3现场总线标准第三版正式成为国际标准，它规定了10种类型的现场总线，包括TS61158现场总线、ControlNet和Ethernet/IP现场总线、Profibus现场总线、P-NET现场总线、FF HSE现场总线、SwiftNet现场总线、World FIP现场总线、Interbus现场总线、FF现场总线和PROFInet现场总线。对于电站控制系统，常采用两种总线技术，分别为FF现场总线技术和Profibus现场总线技术。

1.1 FF现场总线技术

基金会现场总线，即Foudation Fieldbus，简称FF，成立于1994年，是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制定的WordFIP协议。1996年发布FF通信协议的第一版H1，2000-11-01公布第二版H2（HSE）。FF总线在电站应用常采用 H1总线技术，应用于现场气动执行机构的控制和现场智能仪表数据的采集。

1.2 Profibus现场总线技术

Profibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线，ISO/OSI模型也是它的参考模型。Profibus系列由Profibus DP、Profibus FMS、Profibus PA组成。DP型总线用于分散外设间的高速传输，FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化。Profibus总线在电站应用常采用DP总线技术，常来控制电动两位门、电动调门和马达保护器。

2 优化现场总线布线需要注意的问题

总线控制敷设的电缆采用专用电缆，布线工艺达到总线要求，从试运过程的使用情况来看，总线使用情况良好，基本能够满足电站各种复杂控制回路的调节速度要求。

2.1 总线布线时需要注意的问题

现场总线电缆与传统仪表布线相似，但是在总线布线时，要特别注意以下几点问题：①动力电缆与信号电缆应该是分线槽布线，总线电缆应敷设在通信电缆或电压等级低于直流60 V、交流25 V的弱电电缆槽里，同时线槽应盖上盖板，尽量全封闭。现场无法分线槽布线，则要求跟400 V以下的电缆至少要保持10 cm的距离，跟400 V以上的电缆至少保持20 cm的距离，并中间加金属隔板进行隔离，同时，金属线槽要做接地处理。②总线电缆在线槽外布线时，应采用穿金属管的方式，外部的金属套管需要接地。③应避免总线电缆与动力电缆长距离平行布线，可以交叉布线。④尽量

将电缆贴近大面积的金属板，总线电缆应与大面积的金属板或“地平面”贴近。⑤总线电缆敷设时不要绷得过紧，不能出现过小的弯曲半径，避免电缆过长时形成环状。⑥在控制柜内布线时，总线电缆尽量避免与高电压、大电流的电缆在同一线槽内走线，不要在柜内形成环，特别要避免总线电缆将变频器等干扰源包围。

2.2 优化FF总线布线时需注意的问题

优化FF总线布线时，需注意以下几个问题：①FF总线要求单点接地，一般不在就地设备上接地（剪掉就地仪表屏蔽线，并用绝缘胶布包扎）。在就地接线盒处将主干网和分支电缆的屏蔽连接在一起（FF总线电缆屏蔽线接到屏蔽端子），最终FF电缆屏蔽在控制机柜卡件侧。②FF总线的电缆芯线不能拨出太长，并要加线鼻子，从FF黑盒到现场仪表电缆长度不要超过30 m。

2.3 优化DP总线布线时需注意的问题

优化DP总线布线时，需注意以下几个问题：①DP总线连接的站点分布较广，采用多点接地的方式。在某网段出现接地点电势不相等的情况，影响到通讯或易造成设备损坏时，需要增加额外的等势线，将两个设备的“地”进行连接。②DP总线在马保等设备上使用DB9插头接线时，需将总线电缆屏蔽层剥开，压在插头内的金属部分，通过DB9口与安装底板相连接，实现了屏蔽层的接地。③DP总线的总线电缆芯线不能拨出太长，并要加线鼻，电缆一般红正绿负，保持一致，不能接错。④DP总线的主机系统与就地接线柜一般采用光缆通信，而就地接线柜与总线智能设备通信速率与最大通信长度也是有着严格的要求（如表1所示），一个网段的布线从就地接线柜的光电转换器开始，到回到就地接线柜的终端电阻，整个电缆长度不能太长。

3 诊断的常用工具

在现场布线施工、单体调试时期，还会使用一些总线网络诊断设备，不仅可以帮助我们诊断设备故障，还可以为优化总线布线提供依据。

BT200和FBT-6（如图1所示）是DCS厂家提供的总线网络诊断设备，分别用来检查DP总线和FF总线智能设备在网络连接的质量（比如断线、短路等），同时也可以作为优化总线网络设置和网络布线的依据。

4 结束语

由于电站生产过程的控制是一个复杂的工业控制过程，全厂范围内使用总线控制的电站很少，但是，现场总线控制系统作为新一代的控制系统，一种全数字化的控制系统，经过总线技术的不断成熟，全厂现场总线的应用将电站自动化控制带入到一个崭新的的时代。

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线技术及应用[M].北京：清华大学出版社，1999.

[2]夏德海.现场总线的困惑、无奈与出路[J].世界仪表与自动化，2001（12）.

作者简介：刘磊（1978—），男，2003年毕业于中原工学院计算机科学与技术，学士学位，电力工程师，现主要从事大型火电机组热控调试工作。

〔编辑：王霞〕

Abstract： This paper describes the characteristics and status of fieldbus power plant according to the characteristics of two common FF and Profibus bus line installation， made according to the actual situation optimizing fieldbus installation. Only the bus cabling technology to meet the requirements， the bus control to be able to meet a variety of complex power plant control loop adjustment.

Key words： fieldbus； cabling； automation systems； smart meter