淺談現場總線控制技術在火電廠中的應用

常治國

摘要：文章介紹了杭州和利時自動化有限責任公司的現場總線控制技術在國內某2*660MW火電燃煤機組中的應用，并從多個方面闡述了現場總線控制技術相對于傳統DCS控制技術的優缺點。

關鍵詞：現場總線控制技術；火電廠；火電燃煤機組；工業通訊系統；傳輸介質 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP336 文章編號：1009-2374（2015）34-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.024

1 概述

現場總線技術是工業通訊系統，它使用一類傳輸介質（如雙絞線、光纖等），用比特串傳輸，將分散的現場設備（如傳感器、執行機構、驅動器、變送器）連線到中央控制或管理系統。常見的現場總線有PROFIBUS、MODBUS、FF、CONTROL NET。杭州和利時自動化有限責任公司現場總線的現場是基于PROFIBUS。

2 簡要介紹

某火電2*660MW燃煤機組分散控制系統（DCS系統版本V6.5.2 Build 180控制器為SM220，現場總線控制策略約占全部控制系統的80%左右）：

2.1 DCS系統規模

鍋爐（含吹灰、脫銷）：常規I/O點3429點，DP設備126個，PA設備220個。汽機（含MEH）：常規I/O點1908點，DP設備99個，PA設備160個。電氣：常規I/O點775點。

2.2 DCS系統設計

系統網：4個操作員站，1個工程師站，2臺歷史站，1個SIS接口站，2臺通訊站。控制網：配置31個控制站，其中鍋爐15個站，含1個遠程I/O站，1個吹灰站，1個脫銷站；汽機12個站，含1個遠程I/O站，2個MEH站；電氣4個站。總線網段設計：用于現場總線控制的控制器已經考慮在常規DCS系統的16個控制站中。單元機組配置PA子網76個，DP子網73個。

2.3 杭州和利時自動化有限責任工作現場總線技術簡介

PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（DP主站為索取數據的站、DP從站為提供數據的站）、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。杭州和利時自動化有限責任公司的現場總線協議主要用到以下協議：DP（Decentralized Peripherals），傳輸速度快，數據信息量大。主要用于DCS系統內以及DCS與閥島、變頻器、智能馬達控制器、現場執行機構之間的通訊；PA（Process Automation），傳輸速度較慢，數據信息量較小，總線控制系統可以給就地儀表供電。主要用于DCS與現場儀表的通訊。

3 現場總線控制技術與常規DCS控制系統比較

自2013年以來，某火電燃煤機組現場總線控制系統隨主機平穩地運行了兩年，期間從未發生過一起因現場總線控制系統所引起的機組非停事故，總結其與傳統DCS控制系統比較有如下優點：

第一，采用現場總線控制技術比傳統的DCS控制系統節約了大部分工程造價，如電纜、電纜橋架、工作量等。

第二，現場總線控制技術比傳統的DCS有更為強大的自診斷功能，當其任一條現場總線故障后現場總線控制系統的自診斷信息會將其故障信息全部顯示在總線控制系統的上位機上。無需特殊的操作，檢修技術人員就能清晰地得知故障信息，使檢修技術人員能夠迅速處理故障源。

第三，由于現場總線控制技術的公用線采用帶終端電阻式的串連方式，當系統故障時，把故障設備隔離后不影響整條線路上其他設備的正常工作，而DCS系統公用線故障時處理比較繁瑣。

第四，現場總線控制系統所控制的就地設備嚴重故障后能隨意更換帶有現場總線功能的設備，更換后組態工作比較簡便，只需在線下將設備調試完畢，將設備接入系統就可完成更換。而傳統的DCS控制技術更換就地設備需要DCS系統多次改變給定值，并根據給定值調節反饋值，更換操作步驟較多。

第五，現場總線控制技術對現場施工和檢修的工藝要求比較高，尤其是現場總線控制技術用于通訊的雙絞線的屏蔽線接線方法，對現場技術人員技術水平要求較高，一般現場技術人員沒有經過廠家長時間的專業培訓無法勝任此工作。而傳統的DCS對施工時的技術水平要求不是很高，檢修技術人員很快就能熟練地掌握其施工技術。

第六，現場總線控制技術抗干擾能力較差，尤其是在變頻器附近敷設雙絞線時，不僅要求雙絞線的屏蔽層可靠接地，而且還要求變頻器接地端時刻可靠接地。

第七，由于現場總線控制技術的DP總線屬于高速數據傳輸總線，因此采用常規遠距離的DP總線鏈接DP網段時對接地的要求很高，而且需要等電勢接地才能避免高頻干擾。傳統的DCS控制技術只需要滿足單點接地的要求即可。相對于傳統的DCS控制無形中增加了工作量。

第八，現場總線控制技術現場安裝的總線控制柜有的溫度較高、有的溫度較低，為避免影響設備使用壽命，廠家在就地控制柜內安裝了智能溫控系統。傳統的DCS控制柜不提供此項功能，如果需要此功能，現場技術人員要根據現場實際要求自行設計解決，無形中增大了現場技術人員的工作量。

第九，現場總線控制的上級控制器死機后現場就地設備能夠完成控制器組態下達的任務，而當傳統的DCS控制系統出現控制器死機后只能采取強送電或者帶病運行擇機檢修的技術手段。

第十，現場總線控制系統設備管理軟件功能強大，可以方便地讀取總線及設備信息，完成設備的遠程參數修改，并且在后期可以進行總線的二次開發，以滿足數字化電廠的需求，這些是DCS系統所做不了的。

第十一，現場總線控制技術與常規4～20mA控制兼容，如就地電動執行機構現場總線控制方式失靈（極端的通訊斷路），杭州和利時現場總線技術支持由現場總線控制無擾切換至常規4～20mA控制策略。

第十二，傳統的DCS技術規范中對現場信號的采集周期要求為模塊模擬量輸入每秒至少掃描和更新4次，所有數字量輸入每秒至少掃描和更新10次，為滿足某些需要快速處理的控制回路要求，其模擬量輸入信號應達到每秒掃描8次，數字量輸入信號應達到每秒掃描20次，而采用現場總線控制技術對復雜的就地設備進行控制時其掃描周期最大值約為123ms，分辨率遠遠優于傳統的DCS控制系統要求。

第十三，采用現場總線技術后涉及現場總線技術的設備，兩年來除日常停機檢修工作以外未增加一起額外的現場維護工作，相比于傳統的DCS控制設備維護量顯著下降。

第十四，采用現場總線技術的控制方案其控制器內組態與原來系統組態方式一致，與傳統DCS系統組態工作相比增加了現場總線設備內的部分組態工作。

第十五，采用現場總線控制技術的控制方案要求就地設備具有現場總線功能，而具有現場總線控制功能的設備造價一般是傳統設備的2～3倍，增加了部分工程

造價。

4 結語

本文以現場總線控制技術在某2*660MW火電燃煤機組實際應用為例，介紹了現場總線控制技術在火電廠應用的范圍，并與傳統的DCS進行多方位的對比，指出了現場總線控制技術的利弊。

參考文獻

[1] 火力發電廠熱工自動化系統檢修運行維護規程（DL/T 774-2004）[S].

作者簡介：常志國（1984-），男，大唐陜西發電公司延安熱電廠生產準備部助理工程師，研究方向：火電廠熱工自動控制等。

（責任編輯：陳 潔）