现场总线在火力发电厂应用浅析

李敏

摘要： 本文介绍了某电厂2×350MW机组现场总线应用情况，从热控保护配置的独立性及可靠性角度提出了现场总线的应用原则，对总线在主机及辅机的应用情况进行了统计分析，并对和利时DCS系统总线使用过程中存在的优缺点进行了思考和分析，具有一定的推广价值，为同行业的工程建设提供了借鉴和经验。

关键词： 现场总线;DCS;应用原则;大数据

0  引言

现场总线控制技术作为一种新兴技术，已广泛成功地应用在石化、化工、冶金、医药、市政工程、楼宇、建材等多个行业，与其形成鲜明对照的是，现场总线技术在电厂过程控制中的实质性实施却始终不多。

随着认识的提高和技术的发展，这样的局面已有所改变。如在华能玉环电厂补给水、废水系统中成功实现了现场总线技术的全面应用，该项目的顺利实施，证明现场总线在电厂辅助生产控制系统中应用是完全可行的。随后在华能海门电厂（2*1036MW机组）脱硫系统、华能九台电厂（2*660MW机组）和金陵电厂（2*1030MW机组）主机控制系统上率先采用现场总线技术，随着九台电厂#1机组于2009年10月24日投产、金陵电厂#1机组于2009年12月23日投产，标志着大型火电机组主控系统已具备全面使用现场总线的条件。

1  现场总线简介

按照国际电工委员会IEC标准和现场总线基全会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

全数字化和开放性是现场总线技术最大的优点，其优点还包括以下几点：

（1）现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行，因此取消了传统的计算机集散控制系统中的过程控制站。例如，现场总线变送器除了具有一般变送器的功能之外还可以运行Pm控制功能块。

（2）现场总线除了传输信息之外，还可以完成为现场设备供电的功能。总线供电不仅简化了系统的安装布线，而且还可以通过配套的安全栅实现本质安全系统，为现场总线控制系统在易燃易爆环境中应用奠定了基础。

（3）现场总线为开放式互联网络，既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联。现场总线协议是一个完全开放的协议，是采用公开化、标准化、规范化的通信协议。这就意味着来自不同厂家的现场总线设备，只要符合现场总线协议，就可以通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化。

2  現场总线应用原则

考虑到火电机组控制系统的特点和要求，本电厂以成熟的DCS为基本系统，无缝嵌入现场总线网络通信模件，形成现场总线的各级网络，连接现场总线仪表、设备，实现数据采集、控制和设备驱动。并采用现场总线系统的信息处理、设备诊断和设备管理软件，发挥FCS的本质优越性。

从热控系统保护配置的独立性及可靠性考虑，机组建设期间，在我厂DCS联络会上经过设计院、调试所以及我厂生产准备人员的多次讨论，最终提出了以下配置原则：

（1）采用常规DCS控制部分主要包括：DAS从现场直接采集的信号、SOE信号、所有6kv电机、FSSS中制粉系统系统执行机构设备和信号、电气ECS中的380V断路器;锅炉、汽机和公用控制系统中部分子系统的仪表、驱动设备、执行机构，主要包括锅炉风烟系统、锅炉启动系统、锅炉汽水系统阀门、锅炉定排、二次风门、暖风器疏水系统、制粉系统，凝结水系统、抽汽系统部分阀门、辅汽设备、高低加、除氧器、轴封、真空系统部分设备、闭式水部分设备、给水系统部分仪表、汽机油净化系统部分设备、发电机氢油水部分设备。

（2）采用FCS控制部分主要包括：对锅炉、汽机本身的运行安全有重大影响的系统;汽机数字电液控制系统（DEH）、汽机本体紧急跳闸系统（ETS） 、汽轮机监视系统（TSI）、给水泵汽轮机监视系统（MTSI）、给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）和给水泵汽机电液数字控制系统（MEH）;用于重要保护连锁的开关量仪表，如压力/差压、液位、温度等过程开关。

另外，采用现场总线的设备或者系统，我厂提出了以下要求：

（1）调节型电动执行机构若采用Profibus-DP现场总线控制方式，选取具有冗余通讯接口的进口品牌。

（2）同类现场总线仪表和设备应避免采用不同公司的产品，并应选择通过现场总线标准权威组织注册认证且在工业控制中有应用业绩的产品。

3  现场总线的实践

我厂主机部分使用总线设备共517台，其中，锅炉侧198台，汽机侧319台，包括EMG电动执行机构、ROTORK电动执行机构、SIPOS电动执行机构、伯纳德电动执行机构、川仪电动执行机构、江苏海博电动执行机构、瑞基电动执行机构、罗斯蒙特变送器PA、西门子定位器PA、ABB定位器、菲希尔定位器。通过现场总线设备管理系统中，可以统计出使用总线设备后点数在原来的基础上增加了5225个点，是传统点数的4倍多。

辅网使用总线设备共376台，其中，化学 100台，包括E+H、EJA、signet、波特超声波液位计、北京华科仪分析仪表、EMERSON分析仪表、ROTORK、江苏海博;除灰68台，包括rotork、罗斯蒙特变送器、VEGASON、川仪、festo、FOAGO;脱硫208台，包括的设备EJA变送器、伯纳德电动执行机构。通过现场总线设备管理系统中，可以统计出使用总线后设备后点数在原来的基础上增加了2992个点，是传统点数的2倍多。

通过以上的现场总线使用情况可以发现，现场总线相比传统的DCS，可以提供更多的设备信息，为后续机组大数据计算和智慧电厂建设提供一个巨大的数据平台。

4  现场总线的思考

我厂机组采取和利时Profibus现场总线系统，目前已正式投产运行，根据基建期的安装调试以及生产运行后的使用情况来看，系统总体运行稳定，出现的故障较少，维护量较小，以下是在使用过程中总结的优点。

（1）数据量大，传统DCS一个信号只能传输一个数据，而现场总线可以传输比较多的信号，比如，传统的电动门为了减少工程造价一般设计有开指令，关指令，开反馈，关反馈，以及一个电气故障，就需要10根电缆，3个DI输入2个DO输出通道，使得安装调试变得繁琐。而使用总线后仅使用一个网段，也就是2根线不仅可以上传上述信号外，还可以传输如过力矩报警，开关次数，电池没电报警等信号，为安装调试节约时间，提高工作效率，为后期维护和故障分析带来很大的便利。

（2）可扩展性好。生产现场因技改或者设备异动等原因，需要增加设备时，传统系统必须放电缆到电子间，在DCS增加卡件和通道，而使用总线技术后可以在附近网段上进行设计与组态后就可以增加设备，减少了铺设电缆的工作量，也减少了DCS卡件的使用量，提高了电气和热控专业人员的工作效率。

（3）总线拓扑图可以直观反映设备的各种运行状态，这样为运行人员及时发现问题、检修人员及时分析定位问题提供了很大便利，为设备管理提供了高效便捷的手段。

在现场调试过程中，我们也发现现场总线存在以下问题：

（1）现场总线设备比常规设备造价更高，进口设备供货周期更长。部分国产设备为伪总线，即采用总线进行通信但没有大量信息上传。比如液位只传输液位上来，没有故障检测等功能。

（2）现场总线设备由于是数字化通信，一个网段连接很多设备，因此为双网冗余设计，但由于部分第三方总线设备不支持双网冗余配置，为检修带来风险。

（3）部分总线设备抗干扰能力较差，在近距离使用通信设备产生很大的干扰。

5  结语

通过现场总线技术在我厂大范围的应用，在定位设备缺陷、分析设备故障、新增设备等方面，均取得了较好的效果，具有一定的推广价值，为同行业的工程建设提供了借鉴和经验。

参考文献

[1] 《DLT261 火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》

[2] 《和利时DCS控制系统使用手册》