FF与Profibus-DP总线在电厂辅网系统的应用

韩 健 常威武 李亚都 赵成圆

(1.北京华能新锐控制技术有限公司；2.西安热工研究院有限公司)

FF与Profibus-DP总线在电厂辅网系统的应用

韩 健1常威武2李亚都2赵成圆1

(1.北京华能新锐控制技术有限公司；2.西安热工研究院有限公司)

结合莱芜电厂2×1050MW机组辅网系统，总结了FF和Profibus-DP总线的设计要点。以Ovation为平台，对Profibus-DP和FF总线进行了合理配置，实现对辅网系统的有效控制。针对Profibus-DP和FF总线技术组态调试过程中易出现的问题，给出了注意事项和解决方案。

电厂辅网系统 FF Profibus-DP Ovation平台

目前，火电机组的主控大都实现了DCS全数字化自动控制，并逐渐向FCS发展，控制水平相对较高。但由于系统组成繁杂，各部分物理位置分散，大部分电厂辅网系统的控制水平仍旧较低，运行人员较多。随着高效节能技术、设备状态监测技术和网络技术的发展，电厂信息化系统的发展和建设成为必然趋势，因此提高辅网系统的自动化水平势在必行。

现场总线技术较传统的 DCS控制技术，更便于对就地测量设备和执行机构进行远程维护、故障预测和分析，安全可靠性更高。因此，在莱芜电厂辅网系统中应用现场总线技术，可以克服系统繁杂、位置分散带来的电缆用量多的缺点[1]，减少安装接线施工量。系统控制器可以通过现场总线通信方式获取大量智能设备的状态信息，便于及时消除设备故障隐患，为设备状态检修、性能优化和寿命评估提供基础数据。通过总线技术，可简化辅网系统结构，使系统易于扩展、便于设备远程校验和维护。

1 现场总线协议的应用

目前，现场总线协议国际标准有很多，虽然每种总线协议标准都以开放、互操为前提，具有对应的控制系统和智能设备，但不同总线协议的设备之间难以互联。从目前的应用状况看，Profibus和FF现场总线协议相对满足火电厂应用的要求。Profibus总线分为Profibus-DP和Profibus-PA，分别用于开关量和模拟量智能设备的信息传输。FF总线包含FF-H1和FF-HSE：FF-HSE为高速总线，主要用于控制器与上位机的通信；FF-H1为低速总线，主要用于模拟量仪表的信息传输。

1.1 FF总线

图1为莱芜电厂辅网系统FF总线结构。Ovation DCS提供的FF现场总线为有源H1总线，所以现场智能仪表无需配置电源。对于FF总线的现场应用，一个网段的总线电缆总长度(干线长度与支线长度之和)不应超过1.2km。单根支线电缆的长度应尽量短，支线电缆的长度不超过30m。在Ovation DCS中，每块FF总线通信卡提供两个FF总线接口，构成两条FF网段。

图1 莱芜电厂辅网系统FF总线结构

系统的FF总线配置具体见表1。

表1 莱芜电厂辅网系统FF总线配置 个

1.2 Profibus-DP总线

图2为莱芜电厂辅网系统Profibus-DP总线结构。Ovation DCS的每块Profibus-DP通信模件有两个DP总线接口，通过专用DP电缆与就地设备以菊花链形式连接，在每条DP总线的末端连接终端电阻[2]。对于Profibus-DP总线，每个Profibus主站下挂接的DP从站设备数量不超过12个，网段距离不超过400m。每个网段上挂接的现场总线数量不超过最大数量的60%[3]。

图2 莱芜电厂辅网系统Profibus-DP总线结构

系统的Profibus-DP总线配置具体见表2。

表2 莱芜电厂辅网系统Profibus-DP总线配 个

项目补给水精处理循环水中水输煤板卡58154网段916294阀岛91810160分布式IO00005马达保护器221492917分析仪表269325272

2 注意事项与解决方案

组态DP设备FESTO阀岛和菲尼克斯分布式IO时，要严格保证组态配置和就地设备一致，否则通信时报故障，在诊断界面会看到Slave Error信号报警[4]。组态DP设备四方马达保护器时，DP设备通信速率无法自适应，要将DP卡件端口速率和DP设备统一，同时保证设备提供的数字量打包点的高、低8位与Ovation读取的打包点的高、低8位位置相反。所以要调整Profibus设备的状态/指令字高、低8位，保持与设备实际状态一致。组态DP设备金智马达保护器时，DP设备的电流值要通过量程转换成中间变量；汽水取样部分通过S7-200获取，这时要匹配好物理测点与组态地址，同时将0～32 767工程量转换成实际测量值。

组态FF设备Rosement3051差压变送器时，应在通信界面将变送器的量程设置成至少能包含现场实际压差值的量程。组态FF设备Honeywell变送器时，Plant Alarm选项务必取消，否则无法完成commision。组态FF设备西门子调节阀时，注意将模式选为串级模式，同时要选用Channel1。

在安装和更换FF设备前必须在组态软件中使设备退出AUTO状态；安装和更换后再投运设备，将设备的MODE_BLK设置为AUTO状态。

DP设备组态前需要将设备的GSD文件导入工程师站和服务器。GSD文件是DP设备与DCS系统之间的数据通信规约。不同厂家设备的GSD不同，即使是同一厂家的设备，版本不同，GSD文件也不同。现场调试中常因总线设备不支持GSD文件版本而导致DCS系统无法与总线设备进行数据通信。所以更换设备时，要保持GSD文件版本与更换设备一致。

FF总线电缆选用ITC型，敷设在管道或托盘内，所有电缆之间应独立屏蔽，多根电缆应有额外的全屏蔽措施[5]；同时FF电缆敷设要避开高压动力电缆。在电厂补给水系统中，反渗透的FF测点走线和变频高压泵的动力电缆重合，导致一旦变频高压泵启动，FF测点就掉线失去联系，最后重新走线并在FF分线盒上加装金属屏蔽盒，才避免了变频器的干扰。

对于同类型、同方向的总线电缆应敷设在一个独立的电缆槽内，如果现场无总线专用电缆槽，则需对总线电缆加套无缝钢管[6]。敷设不同种类的总线电缆时，电缆间必须保持一定的距离，并且当总线电缆相互交叉时必须为正交交叉，严禁平行排列，以减少信号间干扰。

3 结束语

莱芜电厂2×1050MW机组辅网系统完成现场总线的改造后，经过几个月的实际运行，总线通信良好,说明设计满足工艺要求。锅炉补给水系统，电缆敷设167根，总线使用长度3.0km，预计节省电缆15km；凝结水精处理系统，电缆敷设71根，总线使用长度1.5km，预计节省电缆6.0km；气力输灰系统，电缆敷设194根，总线使用长度2.0km，预计节省电缆20.0km；中水系统，电缆敷设319根，总线使用长度2.0km，预计节省电缆25.0km。经过改造后，电厂辅网系统极大地节省了电缆用量，降低了生产成本。

[1] 杨新民,肖勇,陈丰.现场总线技术在火电厂的应用[J].热力发电,2014,43(9):76～78.

[2] 田爽,郝炜,宋美艳,等.华电莱州电厂基于FF和Profibus现场总线的水网控制系统[J].热力发电,2013,42(1):91～93.

[3] 姚秀娟.现场总线在邹县电厂1000MW机组中的应用[J].电力设备,2007,8(8):41～44.

[4] 柴占杰.基金会现场总线仪表与系统的调试[J].化工自动化及仪表,2015,42(7):832～834.

[5] 梁国杰,高云鹏.现场总线技术在火电厂的应用与前景[J].化工自动化及仪表,2014,41(7):745～748.

[6] 程正群,许宝祥,钱积新.现场总线与DCS控制系统[J].化工自动化及仪表,1999,26(3):1～3.

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1000-3932(2017)02-0215-03

2016-03-23，

2016-10-18)

韩健(1986-)，工程师，从事电厂自动控制的研究，hanjian1@tpri.com.cn。