現場總線在國內電廠的應用

袁亞敏

【摘 要】現場總線（FCS）是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡，它的關鍵標志是能支持雙向、多節點、總線式的全數字通訊，已經受到世界范圍的關注成為自動化技術發展的熱點，并將導致自動化系統結構與設備的深刻變革。

【關鍵詞】現場總線；PROFIBUS；應用；金陵；肇慶

一、現場總線技術在國內的發展

現場總線是20世紀90年代迅速發展起來的工業控制通訊技術，目前正逐漸成為工業過程控制系統及智能化儀表的關鍵核心技術。以現場總線構成的控制系統具有以下特點：

（1）控制分散，且能在線運行條件下對系統和現場設備進行診斷，能進一步提高運行可靠性。

（2）雙向數字式傳輸，避免了模擬量信號在傳輸過程中的受干擾和衰減，傳送精度高。

（3）施工、安裝方便，能節省50～75%的電纜，儀表柜及相應的工程量，而且特別適用于防爆等級要求較高的現場。

（4）通信協議標準國際化，只要合乎總線協議標準的現場儀表都可以與此方便地聯用和通訊。

目前，國內受關注較多的現場總線技術主要包括HART、PROFIBUS、FF等種類，國內的研發工作也主要是圍繞著以上幾種現場總線技術來進行的。

二、PROFIBUS現場總線技術在國內外電廠的應用

國內電廠的現場總線技術發展和應用工作也得到了實質性推進，2010年華能南京金陵電廠和吉林九臺電廠全面應用現場總線的電廠相繼投產，應用范圍更廣、更全面，是真正意義上的全廠現場總線應用：

1、南京金陵電廠現場總線的應用

華能南京金陵電廠位于南京市，現擁有2×390MW燃氣蒸汽聯合循環機組和2×1030MW超超臨界燃煤機組。其中兩臺百萬燃煤機組DCS、DEH控制系統采用西門子控制有限公司的SPPA-T3000系統，精處理、化學制水系統采用了西門子S7-400系統，廢水處理使用了西安熱工院的FCS165系統。幾個系統都支持PROFIBUS總線協議，全部使用了分散控制和現場總線技術。

1）主控制系統：機組主控系統共有26+2對控制器，設計了場總線通訊柜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個現場總線設備段。

2）輔助控制系統：補給水和脫硫程控采用SIEMENS PLC現場總線控制系統；凝結水精處理程控也采用SIEMENS PLC現場總線控制系統；凈水和廢水程控采用FCS165現場總線控制系統。

3）總線設備的測試：先后完成了四大類16種現場總線設備的測試（即電動執行機構：ROTORK、SIPOS、EMG、AUMA，變送器：ROSEMOUNT、ABB、EJA、SIEMENS、SIEMENS超聲波物位計、Magnetrol液位計，氣動閥門定位器：SIEMENS ABB，智能馬達控制器：SIMOCODE、金智科技、丹東華通、蘇州萬龍電廠根據總線設備的測試和評價報告，及時召集相關專業對總線設備的現場應用、設備技術支持情況、工程應用業績和產品技術性能進行討論，形成了金陵電廠總線設備的選型指導原則。

4）總線設備及網段的確定：出于安全運行和回路處理速度的考慮，FSSS、DEH和ETS采用成熟的常規控制方式設計，最終確定了單元機組有997 個總線設備在機試期間出于安全考慮，又將11個總線設備改為常規控制。

5）安裝、調試過程中的問題：總線電纜施工工藝的質量問題，在實際施工過程中發現很多由于施工問題導致的總線電纜線芯變形、屏蔽破損和PA設備接線端子進水，導致網絡通訊故障，且此類故障排查困難，只能逐個設備排查，找出問題電纜更換。此類問題在于施工期緊張，電建公司對總線電纜敷設認識不夠，總線電纜進入設備時穿線孔過小，引起電纜受損。

在實際的施工中發現經常存在DP設備終端電阻誤設，電纜正負極性和兩網交叉接線錯誤，導致網絡通訊故障。實際調試中還發現了部分總線設備未按網段圖施工的現象，對問題的處理制造了障礙。

2、國電電力肇慶現場總線的應用

該項目新建2臺350MW超臨界燃煤熱電聯產機組，DCS采用智深公司的EDPF-NT系統，在DCS現場設備層采用Profibus現場總線技術。其覆蓋范圍包括：機、爐、電、除塵、除灰等范圍。不減少DCS控制器的配置，調節回路控制策略和設備控制邏輯仍按照工藝系統劃分在DCS控制器中集中處理。

1）總線網段劃分原則：根據設計院提供的I/O清冊、P&ID圖并結合DCS廠家提供的DPU分配清冊，整理出網絡分段資料。

先確定所有將納入總線系統中的就地設備類型，分為雙DP型、單DP型、PA型。

確定設備所在的系統，一般同一系統中的設備應放在一起。

考慮到設備所對應DPU的帶載能力，不應將過多設備集中在同一臺DPU下。同一網段下的設備不能超過Profibus協議的規定最大數量。冗余DP設備與單DP、PA設備不混接，一個網段內最多接10臺冗余DP設備。單DP設備可以與PA設備混接于同一網段，混接的網段內設備總數不應超過12臺。一個網段內的PA設備分支數量不應超過兩個，每個分支的PA設備不應超過6臺。

參考線纜長度的規定，綜合系統P&ID圖，考慮設備的物理位置，將符合以上各條要求且物理位置相近的就地設備劃分入同一網段，設計時應考慮走線的合理性。

2）Profibus線纜鋪設限制：設備間連接線纜長度不得少于1m。如果設備距離過近，將使容值疊加，甚至造成信號位誤判。保證足夠的設備間線纜長度使得兩信號尖峰之間留有延時，而不至于相互疊加。

當一個網段中只有兩個設備，設備間連接線纜長度不得少于2m。由于從站ASIC芯片測得回路電阻≤110歐姆時，將視為總線中有短路現象而報錯，所以必須保證足夠的線纜長度以引入足夠的回路電阻。

DP：每個網段不得超過400米。

PA：每個網段總長度：不得超過1900米。

PA分支線長度：

非本安區域：不得超過60米。

本安區域：不得超過30米。

3）現階段存在的問題：

肇慶單網DP、PA設備實際接線圖：由于PB卡和Siemens通訊設置的原因，現場未使用Y-LINK和冗余DP/PA轉換器，故只能實現卡件冗余而現場PROFIBUS DP總線皆為單網的情況

由于智深DCS、Siemens通訊限制的原因，單網DP/PA轉換器無法使用Siemens品牌，只能使用倍加福品牌。

三、結論

現場總線技術對傳統的突破是把管控信息無縫隙地結合在一起，它的最大特點是能夠產生和提供比傳統控制設備豐富得多的信息，并且這些信息能夠有效地供給生產管理層，實時與在線地實現生產和運行的綜合管理。它搭建了從運行控制到生產管理的暢通的信息渠道，與管理信息系統結合，可以更準確更有效地實現設備維護和檢修工作的精確實施，從計劃檢修轉變為狀態檢修。現場總線技術為電廠的全面信息化和運行管理現代化提供了基礎和平臺。盡管現階段在電廠的實際應用中還不是十分的成熟，在安裝、調試過程中遇到這樣或那樣的困難和不確定因素，機組運行期間的如何保證系統安全，特別是如何有效利用豐富的信息量等方面都需要進一步的改進和完善。但我們不能因此而因噎廢食，停步不前，因為誰也無法阻擋科技的進步和人類發展的腳步！

（作者單位：國電電力邯鄲東郊熱電有限責任公司）