浅析火电厂全厂总线控制技术应用

郭 军

大唐平罗发电有限公司

浅析火电厂全厂总线控制技术应用

郭 军

大唐平罗发电有限公司

目前，国内火电厂采用的主流DCS基本上都已提供了各自的现场总线解决方案。如西门子公司、和利时公司支持PROFIBUS现场总线标准；FOXBORO公司的I/A支持PROFIBUS和FF现场总线标准；艾默生公司的OVATION提供了FF和PROFIBUS-DP现场设备的接入；ABB公司Symphony系统能接受PROFIBUS和FF现场总线标准。这些著名DCS品牌产品无一例外地均是在原有DCS的基础上，提供对智能现场仪表和控制执行机构的现场总线支持。可以这样说，火电厂现场总线的应用将更侧重于现场设备的数字化及由此数字化而带来的种种益处，而不在于纯粹意义上的FCS应用。

火电厂；总线控制；技术应用；

一、总线控制的理论和实践依据

这些年来，通过现场总线在不同行业中的逐步深入应用，专业技术人员对各种总线标准应用场合的认识日益清晰。比较一致的结论是：对过程控制应用来说，PROFIBUS和FF总线比较适合。两种总线标准相比而言，FF较适用于连续量控制(取代4～20mA模拟量)，而PROFIBUS不仅适合离散量控制，而且也适用于连续量控制。大量的工程实践证明，PROFIBUS和FF现场总线标准能够满足电厂过程控制的应用要求。因此，机组控制系统建议采用上述两种现场总线标准。

火电厂机组控制具有控制任务集中而复杂的特点，不同的控制回路之间往往存在相互的联系。如果将机组控制任务分散到智能现场设备中，将会有大量控制系统网络分段之间的通讯，从而造成系统通讯负荷增大，信号传输的实时性会受到影响；更重要的是当网络分段出现故障时，不同网段上设备之间的联锁功能无法实现，严重情况下会影响到工艺系统及设备的安全运行。

二、总线控制的研究内容和初步实施方案：

本科技项目主要通过详细的技术对比以及经济分析，探索研究本工程在主厂房、辅助车间的现场仪表和控制设备层采用全面的现场总线技术的可行性。

而现场总线控制技术在机组控制中的应用，主要需要考虑以下几个方面的问题：

2.1 可靠性和可用性

电厂发电机组连续安全稳定运行是至关重要的，而控制系统的可靠性是保证机组可用率的重要因数。为了提高系统的可靠性，现场总线技术(FF和PROFIBUS)已经采用了多项措施，常用的有分散和冗余二项。

分散方面：对FCS系统而言，主要通过网络分散和控制分散来提高可用性。除去将一般控制功能下放到现场，设计中通过上层网络的区域划分和下层网络的风险管理等，做到一个回路的故障不影响到另一个回路。主要控制策略还是采用常规DCS应用方式，按工艺系统分散在不同的控制器内实现，故功能分散能够满足要求。

冗余方面：现场总线系统通过主站网络冗余(介质冗余、网络冗余、网络与介质冗余)、变送器冗余、总线电源冗余、链路设备冗余、控制器冗余、冗余分离(即冗余部件应从物理上、地理上分散，如主处理器和备份处理器应该插在相隔一段距离的不同底板上)等实现，其中链路设备冗余、电源、主站网络和操作员站冗余是现场总线系统常用的冗余措施。拟对所有具有冗余总线接口的电动执行机构、马达驱动控制装置等设备均考虑采用冗余总线连接；控制系统中所有总线电源也冗余配置。

通过诊断可以提高系统的可用性。这是FF和PROFIBUS设备管理中对现场设备本身的基本管理，因为现场总线设备具备多种自诊断信息，有利于发现现场设备本身及其它工艺设备的故障，从而确定其轻重级别和真实性。如冗余的备用设备状况和切换状况，通过诊断，证明冗余的备用状况和切换情况，从而警示操作员更换冗余设备组中故障部分，使其准备好在下次故障发生时能正常投入。

2.2 实时性

在火电厂机组控制运用现场总线控制技术，现场总线的实时性是一个需要关注的内容。对此，我们对一些控制系统进行了了解。其中，PROFIBUS-DP总线的数据为：PROFIBUS-DP总线的传输速率可达12Mbit/s。

2.3 故障影响性

现场总线控制系统的网络设计至关重要，不仅要根据系统I/O点的规模，而且要根据设备的地理分布、功能的相关性等因数，设计各层网络的覆盖范围、支路的数量、支路及分支的长度、各分支的设备数量等，这些设计对系统的性能、硬件配置等都有重要影响。

2.4 系统配置方案

整个机组控制系统按照工艺过程划分为多个子系统，其中包括锅炉启动系统、锅炉汽水/本体系统、锅炉烟/风系统、燃油/制粉系统、凝结水系统、加热器疏水系统、汽机抽真空系统、汽机润滑油/EH油系统等，上述各子系统均采用现场总线技术。对于工艺系统中的单回路(单冲量)调节，如汽机润滑油温度调节、辅助蒸汽温度/压力调节、汽机轴封压力/温度调节等可放在现场执行机构的阀门定位器中实现(也可仍在DCS控制器中控制)。

三、总线控制的预期目标和成果形式：

3.1 节约成本

采用现场总线后，控制系统的电缆、端子、电缆槽、桥架的用量减少，接线及查线的工作量减少。当需要增加现场总线设备时，可就近连接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30%以上。

3.2 开放性、互操作性与互换性

现场总线设备根据标准要求提供了电子设备描述语言。EDDL为对象设备提供一个不依赖某种软件平台的描述文件，使控制系统能够理解设备中数据的意义。当产品符合相应的标准和规范，并通过为验证是否遵守这些标准而做的测试后，即可实现该产品与其它符合同样标准的产品之间的互操作功能。互操作性能使来自不同制造厂商的设备在集成时更加方便易用。

3.3 现场总线设备的全数字化、智能化

现场总线设备将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字计算和数字通信能力。数字信号使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传输误差，提高系统的可靠性。

3.4 成果形式

最终，平罗火电项目DCS系统将会是一套将现场总线控制技术全面应用于全厂范围内的DCS系统。

总结

平罗火电项目本期工程拟建设2×660MW高效超超临界空冷机组，同步安装烟气脱硫、脱硝装置，并留有扩建4×1000MW机组的条件。

本工程机组设置一套基于现场总线设备的DCS实现对锅炉及辅助系统和设备、汽轮发电机组及辅助系统和设备、电气发变组及厂用电源的监视与控制，实现旁路控制系统、汽轮机空冷系统、锅炉脱硫及脱硝系统、除渣系统的监视与控制。设置DCS公用网络，对于两台机组的公用系统，如厂用电公用系统、采暖加热站及空调系统、脱硫公用系统、辅机干湿冷喷淋水泵房等设备的监控纳入DCS公用系统。