淺析火電廠全廠總線控制技術應用

郭 軍

大唐平羅發電有限公司

淺析火電廠全廠總線控制技術應用

郭 軍

大唐平羅發電有限公司

目前，國內火電廠采用的主流DCS基本上都已提供了各自的現場總線解決方案。如西門子公司、和利時公司支持PROFIBUS現場總線標準；FOXBORO公司的I/A支持PROFIBUS和FF現場總線標準；艾默生公司的OVATION提供了FF和PROFIBUS-DP現場設備的接入；ABB公司Symphony系統能接受PROFIBUS和FF現場總線標準。這些著名DCS品牌產品無一例外地均是在原有DCS的基礎上，提供對智能現場儀表和控制執行機構的現場總線支持。可以這樣說，火電廠現場總線的應用將更側重于現場設備的數字化及由此數字化而帶來的種種益處，而不在于純粹意義上的FCS應用。

火電廠；總線控制；技術應用；

一、總線控制的理論和實踐依據

這些年來，通過現場總線在不同行業中的逐步深入應用，專業技術人員對各種總線標準應用場合的認識日益清晰。比較一致的結論是：對過程控制應用來說，PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標準相比而言，FF較適用于連續量控制(取代4～20mA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。大量的工程實踐證明，PROFIBUS和FF現場總線標準能夠滿足電廠過程控制的應用要求。因此，機組控制系統建議采用上述兩種現場總線標準。

火電廠機組控制具有控制任務集中而復雜的特點，不同的控制回路之間往往存在相互的聯系。如果將機組控制任務分散到智能現場設備中，將會有大量控制系統網絡分段之間的通訊，從而造成系統通訊負荷增大，信號傳輸的實時性會受到影響；更重要的是當網絡分段出現故障時，不同網段上設備之間的聯鎖功能無法實現，嚴重情況下會影響到工藝系統及設備的安全運行。

二、總線控制的研究內容和初步實施方案：

本科技項目主要通過詳細的技術對比以及經濟分析，探索研究本工程在主廠房、輔助車間的現場儀表和控制設備層采用全面的現場總線技術的可行性。

而現場總線控制技術在機組控制中的應用，主要需要考慮以下幾個方面的問題：

2.1 可靠性和可用性

電廠發電機組連續安全穩定運行是至關重要的，而控制系統的可靠性是保證機組可用率的重要因數。為了提高系統的可靠性，現場總線技術(FF和PROFIBUS)已經采用了多項措施，常用的有分散和冗余二項。

分散方面：對FCS系統而言，主要通過網絡分散和控制分散來提高可用性。除去將一般控制功能下放到現場，設計中通過上層網絡的區域劃分和下層網絡的風險管理等，做到一個回路的故障不影響到另一個回路。主要控制策略還是采用常規DCS應用方式，按工藝系統分散在不同的控制器內實現，故功能分散能夠滿足要求。

冗余方面：現場總線系統通過主站網絡冗余(介質冗余、網絡冗余、網絡與介質冗余)、變送器冗余、總線電源冗余、鏈路設備冗余、控制器冗余、冗余分離(即冗余部件應從物理上、地理上分散，如主處理器和備份處理器應該插在相隔一段距離的不同底板上)等實現，其中鏈路設備冗余、電源、主站網絡和操作員站冗余是現場總線系統常用的冗余措施。擬對所有具有冗余總線接口的電動執行機構、馬達驅動控制裝置等設備均考慮采用冗余總線連接；控制系統中所有總線電源也冗余配置。

通過診斷可以提高系統的可用性。這是FF和PROFIBUS設備管理中對現場設備本身的基本管理，因為現場總線設備具備多種自診斷信息，有利于發現現場設備本身及其它工藝設備的故障，從而確定其輕重級別和真實性。如冗余的備用設備狀況和切換狀況，通過診斷，證明冗余的備用狀況和切換情況，從而警示操作員更換冗余設備組中故障部分，使其準備好在下次故障發生時能正常投入。

2.2 實時性

在火電廠機組控制運用現場總線控制技術，現場總線的實時性是一個需要關注的內容。對此，我們對一些控制系統進行了了解。其中，PROFIBUS-DP總線的數據為：PROFIBUS-DP總線的傳輸速率可達12Mbit/s。

2.3 故障影響性

現場總線控制系統的網絡設計至關重要，不僅要根據系統I/O點的規模，而且要根據設備的地理分布、功能的相關性等因數，設計各層網絡的覆蓋范圍、支路的數量、支路及分支的長度、各分支的設備數量等，這些設計對系統的性能、硬件配置等都有重要影響。

2.4 系統配置方案

整個機組控制系統按照工藝過程劃分為多個子系統，其中包括鍋爐啟動系統、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、加熱器疏水系統、汽機抽真空系統、汽機潤滑油/EH油系統等，上述各子系統均采用現場總線技術。對于工藝系統中的單回路(單沖量)調節，如汽機潤滑油溫度調節、輔助蒸汽溫度/壓力調節、汽機軸封壓力/溫度調節等可放在現場執行機構的閥門定位器中實現(也可仍在DCS控制器中控制)。

三、總線控制的預期目標和成果形式：

3.1 節約成本

采用現場總線后，控制系統的電纜、端子、電纜槽、橋架的用量減少，接線及查線的工作量減少。當需要增加現場總線設備時，可就近連接在現有現場總線網段上，既節省投資，又減少設計、安裝的工作量。據有關典型試驗工程的測算資料表明，可節約安裝費用30%以上。

3.2 開放性、互操作性與互換性

現場總線設備根據標準要求提供了電子設備描述語言。EDDL為對象設備提供一個不依賴某種軟件平臺的描述文件，使控制系統能夠理解設備中數據的意義。當產品符合相應的標準和規范，并通過為驗證是否遵守這些標準而做的測試后，即可實現該產品與其它符合同樣標準的產品之間的互操作功能。互操作性能使來自不同制造廠商的設備在集成時更加方便易用。

3.3 現場總線設備的全數字化、智能化

現場總線設備將微處理器置入現場測量控制儀表中，具有數字計算和數字通信能力。數字信號使設備的信息量大大增加，傳輸抗干擾能力強，精確度高，減少了傳輸誤差，提高系統的可靠性。

3.4 成果形式

最終，平羅火電項目DCS系統將會是一套將現場總線控制技術全面應用于全廠范圍內的DCS系統。

總結

平羅火電項目本期工程擬建設2×660MW高效超超臨界空冷機組，同步安裝煙氣脫硫、脫硝裝置，并留有擴建4×1000MW機組的條件。

本工程機組設置一套基于現場總線設備的DCS實現對鍋爐及輔助系統和設備、汽輪發電機組及輔助系統和設備、電氣發變組及廠用電源的監視與控制，實現旁路控制系統、汽輪機空冷系統、鍋爐脫硫及脫硝系統、除渣系統的監視與控制。設置DCS公用網絡，對于兩臺機組的公用系統，如廠用電公用系統、采暖加熱站及空調系統、脫硫公用系統、輔機干濕冷噴淋水泵房等設備的監控納入DCS公用系統。