現場總線技術在國內電廠的應用

摘 要：該文對現場總線控制系統FCS（Field bus Control System）的技術特點進行了分析，并對其目前在國內電廠的應用情況進行了介紹。

關鍵詞：現場總線 電廠應用 分散控制系統

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0117-01

現場總線（field bus），按其國際電工委員會IEC61158的定義：安裝在制造或生產過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、雙向、多點通信的數據總線稱為現場總線。由現場總線和現場智能設備組成的控制系統稱為現場總線控制系統，通稱為FCS（Field bus Control System）。

1 現場總線技術特點分析

1.1 現場總線的優點

（1）為數字化電廠提供了系統基礎。現場總線可以實時上傳大量的現場數據，例如在電動執行機構的采集信息中，可以看到電池電量、力矩、總開關次數等。通過現場總線技術和目前已在電廠成熟推行的廠級信息系統（MIS、SIS），通過二次開發，可實現更多信息量的數字電廠。（2）節省大量電纜。傳統系統一對導線只能連接一個現場設備，而現場總線系統多個現場儀表只用一對導線就可實現連通，減少了大量電纜及電纜橋架，也節省了大量安裝費用。（3）減少基建的調試時間。電纜總量較常規大大減少，減少了電纜的核對工作，而且采用現場總線網絡連通后，相關信息就直接上傳至DCS，可在DCS的設備管理軟件對設備進行進一步參數整定等工作。

1.2 現場總線的缺點

（1）對就地設備要求較高。若就地設備與現場總線不能很好的兼容將會導致通訊故障。國產此類就地設備目前質量參差不齊，為此，電廠多采用進口設備。（2）對設計、施工的要求較高。現場總線技術是類似于計算機網絡的技術，對接地、抗干擾等要求比較高。國內電力設計院設計經驗不足，施工人員施工不夠嚴謹，往往造成投產后故障頻發。（3）現場總線的經濟性沒有絕對優勢。由于現場總線配套的就地設備通常是進口設備，日后的維護備件費用也相對較高；再加上系統自身的設備價格高昂以及后續的維護費，現場總線的經濟性不是很突出。（4）現場總線對檢修人員要求高。由于目前現場總線在國內電力系統使用較少，維護人員缺乏經驗。若采用此技術，必須對維護人員進行專業培訓，勢必加大對整體人力、物力的投入。

2 現場總線技術的應用

2.1 現場總線標準的選擇

目前用于電廠過程控制的現場總線、在技術和市場占有率較領先的有基金會（Foundation Fieldbus：FF）現場總線和PROFIBUS（Process Fieldbus）現場總線。兩種總線標準相比，FF可用于連續量控制（取代4～20mADC模擬量），而PROFIBUS不僅適合離散量控制，而且也適用于連續量控制。

目前電力工程中常用的幾大分散控制系統廠家基本上都能滿足PROFIBUS和FF現場總線標準。如FOXBORO公司的I/A系統能接受PROFIBUS和FF現場總線標準，西門子公司的TELEPERM-XP系統能接受PROFIBUS現場總線標準，艾默生公司Ovation系統能接受FF和PROFIBUS現場總線標準。

2.2 現場總線技術國內應用情況

目前，現場總線技術已在國內一些電廠中，配套幾大主流分散控制系統應用。

（1）西門子公司的TELEPERM-XP系統：山東萊城電廠3、4號機組，應用范圍包括400V及以下電動機，配套西門子公司的SIMOCODE電動機控制保護設備。國華寧海發電廠（4×600 MW），應用范圍為閉式水系統的34個現場總線電動門（AUMA公司的AUMATIC電動執行器），現場總線標準為PROFIBUS-DP。（2）FOXBORO公司的I/A系統：江陰夏港電廠5、6號機組（2×330MW），應用范圍包括380 V開關柜，采用西門子公司的SIMOCODE電動機保護控制設備，通過PROFIBUS-DP與I/A分散控制系統相連。（3）艾默生過程管理公司生產的OVATION系統：江蘇望亭燃氣聯合循環發電廠（2×390 MW），采用FF現場總線與分散控制系統連接。

2.3 某典型應用實例

某電廠2×1030 MW超超臨界燃煤機組在主輔機全面選用現場總線控制系統，為國內首臺超超臨界機組FCS應用的示范工程。

（1）DCS系統共有26+2對控制器，設計了現場總線通訊柜35只、51個冗余Profibus-DP網段、11個非冗余Profibus- DP網段、124個Profibus-PA網段，其中Profibus-DP連接358個現場總線設備、Profibus-PA連接628個現場總線設備，涵蓋了25個工藝系統，采用了13種類型的現場總線設備，控制對象有電機、電動執行機構和氣動閥門等。（2）除爐膛安全監控系統（FSSS）、汽機數字電液控制系統（DEH）、汽機本體緊急跳閘系統（ETS）、給水泵汽機電液調節系統（MEH）和給水泵汽機緊急跳閘系統（METS）、機組SOE等對機組安全運行重要，回路處理速度要求高的系統采用常規控制方式外，其他全部采用現場總線技術，主要包括鍋爐汽水/本體系統、鍋爐煙風系統、燃油制粉系統、凝結水系統、汽機真空系統、汽機油系統、化學水處理系統、發電機氫氣系統、除灰系統、除渣系統、電除塵系統、脫硫系統等。（3）現場總線型電動執行機構有SIPOS、AUMA、ROTORK等公司產品；現場總線變送器主要有Rosemount公司的3051系列、Siemens公司的SITRANS P系列、Yokogawa公司的EJA等；現場總線型閥門定位器有美國FISHER-ROSEMOUNT公司生產的 FIELDVUE DVC系列智能閥門定位器、德國西門子公司的SIPART PS2閥門定位器、日本山武公司的SVP3000智能定位器等。部分400 V、75 KW以下的電動機采用SIMOCODE智能馬達控制器。

該廠在設計、安裝、調試階段均投入了很大精力，設計前安排了精心的調研，并在施工期聘請了國外專家進行現場指導，投產后生產穩定，故障率非常低，取得了很好的效果。

3 結語

現場總線控制技術作為一種新興技術，被廣泛的應用于化工、石油等多個行業，在電力行業的應用方興未艾。但其性能上超越常規的先進性，吸引了越來越多的專家和工程技術人員，并在國內電廠也開始大膽的推行，并取得了良好效果，這已成為當前電力工程設計新的突破點。

參考文獻

[1]丁恩杰，馬方清.監控系統與現場總線[M].中國礦業大學出版社，2003：221-245.

[2]白焰.現場總線控制系統及其應用.中國電力出版社，2001.1.