火电厂现场总线设备的调试与问题处理

邱深辰，罗志浩，王异成

（杭州意能电力技术有限公司，杭州 310014）

火电厂现场总线设备的调试与问题处理

邱深辰，罗志浩，王异成

（杭州意能电力技术有限公司，杭州 310014）

介绍了FOUNDATION FIELDBUS现场总线的特点和调试步骤，结合660 MW超超临界燃煤机组的投产调试，从现场总线物理连接层和软件组态配置层2个方面进行了全面的分析，逐一提出了调试运行中应注意的问题，为现场总线的推广应用提供借鉴。

火电厂；FOUNDATION FIELDBUS；现场总线；应用

某火电厂新建2台660 MW超超临界燃煤发电机组，除重要保护以及重要设备的控制系统仍采用硬接线的方式外，其它系统广泛采用现场总线技术，单元机组总线控制对象数量近千个。目前，机组已完成满负荷168 h连续试运行并移交试生产，DCS控制系统总体运行平稳可靠，现场总线设备通信正常，控制精确。

本文主要对FOUNDATION FIELDBUS（以下简称FF）现场总线、设备调试以及问题处理情况进行介绍和总结。

1 FF现场总线概述

FF现场总线是由现场总线基金会开发，以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。

FF现场总线通信速率分低速H1和高速H2。H1的传输速率为31.25 kbps，通信距离可达1 900 m（可加中继器延长），支持总线供电和安全防爆环境的要求。H2的传输速率为 1 Mbps和 2.5 Mbps，通信距离分别为750 m和500 m。

物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC 1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置为正跳变或负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。接收方既可根据跳变的极性来判断数据的“1”“0”状态，也可根据数据的中心位置精确定位。

FF现场总线的优点有：减少接线与安装工作，易于集成，简化操作和维护。目前，国内外应用现场总线技术的DCS遵循的现场总线协议都不同，如艾默生的Ovation系统同时支持Profibus-DP，Profibus-PA，FF和Hart现场协议。

2 FF现场总线的调试步骤

以艾默生Ovation系统FF总线为例，图1为FF总线测量值换算修正计算逻辑，将测量值按需转换单位。一般压力测量值的默认单位为kPa，可以通过辅助逻辑计算得到以MPa为单位的计算值，用于逻辑组态。其调试步骤如下：

（1）完成现场变送器安装接线，并用罗斯蒙特HART475手操器扫描挂在总线上的设备，确保变送器接线无误，屏蔽合格。

（2）打开Ovation Developer Studio软件，找到总线设备所在的Port端口，右键扫描总线设备，在右侧窗口可以获取在线设备的ID和Tag号以及厂商型号等信息。

（3）设备Tag号一般在安装前就可以提前写入设计提供的设备KKS号，若设备Tag号未作修改，则需要确认设备ID并匹配设计的KKS，在添加设备建点时增加KKS。

（4）在设备所在的端口，右键Fieldbus Devices新建测点，设备厂商、型号、版本都要选择正确，并加入诊断点号（命名规则一般为在设备KKS后缀加ZD），其他选项根据实际情况进行选择，一般会将Enable Plant Web Alerts选项的取消，保存退出。

（5）确认所建测点无误后，右键Download对应的端口信息。

（6）逻辑组态，一般压力、流量等变送器的接口逻辑都会在相应的控制任务区内建辅助逻辑页。在组态页，选择FFAI块作为变送器的接口，并做一些换算修正计算逻辑。特别要注意在Foundation Fieldbus Device选项中选择正确的功能块（一般格式为KKS/功能块号，具体可见所建点的Function Blocks中的FFAI或FFAO），保存逻辑页。

（7）返回Ovation Developer Studio，右键测点KKS，选择Commission进行设备识别连接，注意选择与实际设备相匹配的设备ID，若设备Tag号已提前写入KKS，则会自动匹配。若Tag号与所建KKS不一致，则需要通过ID号识别。依次执行下一步，在出现提示是否将该设备作为备份主链接时，选择否。最后等待设备Commissioned，通信正常。

（8）Load相应的控制器，保持主/备控制器数据一致。

（9）下装完成后，选择测点的功能块Function Blocks，在对应FFAI或FFAO右键进入Tuning菜单（在线的会有Active后缀），将设备目标模式置为Auto（变送器）或Cascade（调阀），Commit后如实际模式与目标模式一致即为添加成功，如不一致可现场设备断电重新连接，并Clear端口，重新Download端口。注意Tuning选项中的量程和单位。

（10）查看画面变送器（调阀）的状态。若通信正常，变送器的数值和就地显示将一致，并且实时变化。调阀的指令正确无误的送至总线型阀门，模拟量反馈应和现场阀门的实际位置一致，偏差在允许范围内。

3 FF现场总线物理连接层问题分析及处理

3.1 物理连接

物理连接层主要是用于实现现场物理设备与总线之间的连接，是数据传输的高速公路。由于大部分总线调试发现的故障均发生在物理连接层，因此设备安装、接线过程是总线调试工作中需要注重的环节。总线设备安装降低了电缆需求，一般1条总线网段可以同时挂16台现场设备，甚至更多。实际应用时总线可承受的设备总数受诸多因素影响，例如DCS控制系统的不同、总线供电、设备电耗、电缆类型、是否使用中继器、网络拓扑等。

图1 FF总线测量值换算界面

如图2所示，每个FF现场卡包含2个独立的电隔离Fieldbus通道，通过基座的端子板连接到Fieldbus网络。FF电源调节器和电源必须外部提供，并且通过总线电缆将现场多个接线箱连接，注意在最末端接入终端电阻。

图2 FF总线供电示意

现场的FF总线设备可以就近接入到总线箱内，1条总线一般连接1～3只总线箱，每个总线箱挂8个设备。总线箱的专用端子设计了短路保护，短路时指示红灯亮起，确保单一支路短路故障时不会影响其他设备的正常运行。在总线接线调试过程中，首先要确保总线的主回路连接无误，屏蔽可靠，并且单点接地，然后逐一挂入总线设备。

现场调试发生的总线物理层连接故障有以下情形。

3.2 总线正负极接错

总线连接口很多，从设备到总线箱、末级总线箱到上级总线箱、总线箱和电子间的电源调节器、电源调节器到卡件，任一个环节都必须按照要求的正负极接入。

3.3 总线设备错挂至其他总线回路

由于现场总线箱众多，一条总线回路有多个总线箱，经常发生设备错挂现象。在上位机上扫描设备时，一直扫不到需要识别的设备，但就地设备有供电，且指示正常。调试期间，可以通过直接在电子间断开总线输入端，确定是否错挂。

3.4 下级接线箱主路误接至上级总线箱的设备级支路

将下级接线箱的设备全部挂到一个支路上，下级接线箱内的回路指示都正常，不易发觉，只有到上级接线箱查看时，才可以发现对应的支路指示灯报警。

3.5 总线设备超最大允许个数

不同的FF总线能够挂多少设备数不一，但一旦设备挂入数量接近或者超过最大允许数量时就容易造成上位机无法识别，或者识别困难。厂商给出的理论挂载个数往往受到多个因素的影响，比如电缆类型、总线距离、设备功耗等。多次出现类似情形，前期设备扫描很顺利，随着设备数量的增多，部分设备无法识别。此时，一般都会将先前已完成组态连接的设备解挂，将无法识别的设备优先接入，完成组态连接后将之前的设备再次接入。

3.6 总线屏蔽问题

现场总线容易受到信号干扰，设备安装不良、接线不规范、屏蔽措施不到位都容易影响总线信号的传输。注意做好电缆屏蔽层连接，总线电缆与强电电缆分开敷设，强弱电缆交汇处使用屏蔽隔板。

4 FF现场总线软件组态配置层问题分析

4.1 设备与DCS的连接

FF现场总线设备完成物理连接后，需要和DCS控制系统连接后才能传输数据。首先需要分配总线网段地址，以便DCS系统能够访问总线设备。在调试过程中，扫到网段上的FF设备，读取设备的厂商型号等信息。通过组态配置传输通道，上载设备初始参数到DCS，按照设计要求更改量程单位等参数，确认无误后下载到现场设备，在线后即能获取实时现场监视参数。

在FF设备软件组态、参数修改的调试过程中，主要遇到以下典型问题。

4.2 FF总线卡件未配置文件

新卡需要下载配置文件后才能够使用，一般出厂前都已进行初始配置，但现场存在添加新卡、更新配置文件的可能，需要现场下载配置文件。因此，可以使用艾默生的硬件诊断工具查看并下载配置文件，并软件勾选reboot重启，甚至需要插拔卡件重启。

4.3 DD文件缺失或版本不一致

DD（设备描述文件）是DCS控制系统识别匹配总线设备的重要文件。一些供货商的FF现场设备DD文件版本与DCS总线版本不匹配，造成通信不正常，在网段上容易丢包。此时需要与设备厂商配合解决，提供最新的或与设备兼容的DD文件，并将该文件导入到DCS控制系统。

4.4 FF设备无法识别

FF设备被扫到后，正常情况都应该处于备用状态。但是，实际调试中遇到很多设备处于Unrecognized（无法识别）或Offline（离线）状态。对于Unrecognized状态可以右键断开设备连接，刷新后进入Offline状态，再到现场断开设备接线，重新接线上电，设备就可以处于热备用状态，用于组态连接。

4.5 设备无法切Auto或Cascade模式

FF设备完成组态，配置参数并下载，切换设备模式。FF变送器一般需要切至Auto（自动）模式，调阀需要切至Cascade（串级）模式。调试过程发现很多设备不能切换到目标模式，并处于OOS（Out of Service）模式或者Local模式。这意味着设备连接的失败，现场监视参数和DCS控制指令不能上传下达。现场调试出现此类问题的影响因素不一，可从以下几方面分析处理：

（1）参数设置不正确。在进行Tuning参数配置时，首先将目标模式切至OOS模式，然后注意变送器的测量和输出量程、单位的设定，L_TYPE方向的选择，以及其他功能模块的参数设置。特别要注意XD_SCALE和OUT_SCALE的单位设定要一致，因为XD_SCALE单位在设定完毕后仍然会显示NA，容易忽略。

L_TYPE项中罗斯蒙特的变送器需要设定为Direct，而Fisher的DVC6200f调节型执行机构就需要设定为Indirect，并且切换模式最好先切Auto再切Cascade模式，直接切Cascade模式不容易成功。不同厂商的FF设备，都有不同的设定要求，最好是查阅相关设备使用说明书，按照设备调试技术手册要求操作执行。

（2）合理利用手操器和第三方智能设备管理系统。一般通过DCS的Tuning功能就可以满足参数设定需求，但如果出现总线连接失败或者模式切换失败时，手操器和第三方设备管理系统可以发挥更好的弥补作用。FF设备无法连接时，将手操器并联在总线的正负端上，查看设备连接情况，并可对参数修改发送。注意修改参数时，需要将卡件连接断开，否则会因为DCS控制系统的占用无法修改。

艾默生的AMS智能设备管理系统几乎兼容任何FF现场总线网络，用户可以灵活使用AMS访问在线诊断和报警，无需考虑其主机系统供应商。有些Tuning无法实现切换目标模式的设备，AMS可以切换成功，特别是设备的一些报警状态，在AMS显示更加直观。AMS还可以对FF设备进行维护和初始化操作，处理大部分常规的设备故障。合理使用各类总线管理工具，是总线调试的必要手段。

（3）总线设备故障。一般总线设备故障报警都可以在Tuning功能块、AMS管理系统或者就地仪表面板上反映出来，但一些总线设备故障不易发现，通过一系列排查工作还是无法发现问题的根本原因。这时可以尝试更换同型号的设备，确定设备是否故障。其他如控制系统的兼容性、控制系统负荷率、信号的干扰等因素，都有可能造成总线设备的连接失败。

5 结语

现场总线适应了过程工业控制向智能化、数字化、网络化和分散化的发展方向，使得火电厂部分甚至全厂使用现场总线技术已成为可能。但火电厂对运行的安全稳定可靠、信号的品质、系统的稳定性、控制的精确性等都有严格的要求，现场总线技术虽有很多的优势，但目前还存在不足，需要继续发展和完善。随着技术的不断深化和发展，相信现场总线控制系统在火电厂自动化领域的应用前景光明。

[1]夏德海.现场总线技术讲座第四讲 FF的HSE[J].自动化与仪表，2006（1）:61-63.

[2]王军.现场总线技术在电厂的应用[C].//中国动力工程学会600/1 000 MW超超临界火电机组研讨会，2008.

[3]金黔军.现场总线技术在华能玉环电厂辅助生产系统中的应用研究[C].//2004电站自动化信息化学术技术交流会议论文集，2004.

（本文编辑：徐 晗）

Commissioning and Problem Handling of Fieldbus Device in Thermal Power Plant

QIU Shenchen，LUO Zhihao，WANG Yicheng
（Hangzhou E-energy Power Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces advantages and commissioning steps of FOUNDATION FIELDBUS and comprehensively analyzes physical connection layer and software configuration layer of fieldbus in accordance with the commissioning of 660 MW ultra-supercritical coal-fired units；besides，it presents precautions in commissioning one after another to provide a reference for fieldbus popularization and application.

thermal power plant；FOUNDATION FIELDBUS；field bus；application

TK39

B

1007-1881（2016）06-0053-04

2016-01-13

邱深辰（1987），男，助理工程师，长期从事火电厂热工调试和技术管理工作。