火電廠現(xiàn)場總線控制存在問題及對策

　　隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷成熟，支持現(xiàn)場總線技術(shù)協(xié)議的產(chǎn)品越來越多，為現(xiàn)場總線技術(shù)的應用奠定了良好的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的DCS相比，現(xiàn)場總線技術(shù)具有如下特點。

　　(l)全數(shù)字化 傳統(tǒng)DCS的模擬量信號為4～20mA ，現(xiàn)場總線采用數(shù)字信號取代了4～20mA信號，使得模擬量信號的糾錯、檢錯得以實現(xiàn)，信號的傳輸更加可靠。

　　(2)互操性和互用性 互操性是指相互連接的設備之間、系統(tǒng)之間信息的傳送和溝通，互用性是指不同廠家性能類似的產(chǎn)品可互相替換。

　　(3)高度分散性 現(xiàn)場總線的控制具有完全分散式的結(jié)構(gòu)，控制功能由現(xiàn)場設備實現(xiàn)，過程控制功能由安裝在控制室的控制系統(tǒng)實現(xiàn)。

　　目前支持現(xiàn)場總線協(xié)議的DCS有西門子公司的T-3000DCS、美國艾默生公司的Ovation DCS、美國ABB公司的800XA DCS、西安熱工研究院有限公司研發(fā)的FCS165 DCS等。除FCS165 DCS外，其它DCS對現(xiàn)場總線協(xié)議的支持均需增加現(xiàn)場總線通訊卡進行數(shù)據(jù)通訊，這種方案是傳統(tǒng)DCS的功能擴展，符合目前現(xiàn)場總線協(xié)議應用狀況，即在機組控制中不是所有控制系統(tǒng)和設備都采用現(xiàn)場總線技術(shù)，部分系統(tǒng)和設備保留傳統(tǒng)儀表和非智能設備。

　　應用在火電廠的現(xiàn)場總線協(xié)議有Profibus和FF2種，在2種協(xié)議中以Profibus協(xié)議構(gòu)建的控制網(wǎng)絡為主，F(xiàn)F協(xié)議只在山東鄒縣電廠和華能海門電廠中為數(shù)不多的設備上應用。應用現(xiàn)場總線構(gòu)建的控制網(wǎng)絡開始在電廠輔助車間控制系統(tǒng)應用，現(xiàn)已逐步應用于機組控制系統(tǒng)，并且應用的范圍越來越廣，從早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)到現(xiàn)在的鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)均采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

　　二、應用中存在的問題及對策

　　2.1 總線類型的選擇

　　(1)確定采用現(xiàn)場總線的應用范圍、總線設備和儀表所占的比例、I/O中控制與安全區(qū)域的比例。

　　(2)從功能上考慮基本的I/O信息、總線供電、總線設備，其中包括設備的總線協(xié)議、同一總線上不同生產(chǎn)廠家制造的智能設備、總線通訊電纜長度、冗余和診斷功能。如果設備處在危險區(qū)域，應考慮采用具有本安特性的總線。

　　(3)為了保證機組的安全運行，事件順序記錄 (SOE)功能、FSSS、汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)、給水泵汽輪機電液控制系統(tǒng) (MEH)以及其它快速控制系統(tǒng)等不易采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

　　任何一種類型的現(xiàn)場總線都不能涵蓋電廠所有的控制范圍，不同類型的現(xiàn)場總線混合應用將是趨勢。目前，現(xiàn)場總線技術(shù)應用還局限于傳統(tǒng)DCS加現(xiàn)場總線通訊卡的方式，總線類型的選擇受限于DCS的支持協(xié)議類型。

　　2.2 電纜的設計

　　因有關(guān)現(xiàn)場總線的設計分工不明確，造成了現(xiàn)場總線電纜不能完全符合設計規(guī)范，出現(xiàn)干擾和網(wǎng)段速度降低的問題。對此，應規(guī)范電纜的設計。不同速率的現(xiàn)場總線網(wǎng)段最大長度如表1所示(長度可采用中繼器來延長)。

　　電纜分類為：

　　(l)第一類 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)電纜(例如：Profi-bus、 AS一i、Ethernet等)，用于數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠帘坞娎|(例如打印機、RS232等電纜)，屏蔽的低電壓(≤25V)模擬和數(shù)字信號電纜，低電壓(≤60V)供電電纜，同軸信號電纜。

　　(2)第二類 直流電源(≤60V，≤400V)供電電纜，交流電源(>25V，≤40OV)供電電纜。

　　(3)第三類 交、直流電源(>400V)供電電纜，電話線電纜。

　　(4)第四類具有雷擊危險的前三類電纜(例如連接在不同建筑物之間)。

　　布線原則為同一類型的電纜可以布置在一起，且同方向的電纜可布置在同一個電纜槽內(nèi)。不同種類的電纜相互之間必須保持一定的距離，并且當它們相互交叉時必須正交交叉，不能有任何平行(即便是很短的距離)排列。不同類型電纜相互之間的最小距離如圖1所示。

　　2.3 電纜與現(xiàn)場總線設備的連接

　　Profibus-DP設備的接口通常為9針D型連接器，D型連接器有1個進口和1個出口，通過D型連接器連接的設備接入或退出不影響網(wǎng)段電纜的連通。但是，有些總線設備的通訊接口設計為普通接線端子，通訊電纜接在設備的端子上，當設備因故障需要更換時，則故障設備之后的通訊電纜會斷開，從而造成通訊中斷。對此，電纜與現(xiàn)場總線設備應采用D型連接器連接。

　　2.4 故障替換

　　(l)傳統(tǒng)設備故障替換時，只要設備類型、規(guī)格與故障設備一致，替換后重新將I/O電纜接入，經(jīng)過簡單調(diào)試，系統(tǒng)便可正常工作，DCS控制組態(tài)無需修改。現(xiàn)場總線設備發(fā)生故障替換時具有2種情況，一是替換設備與故障設備類型、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家一致，且不用更換驅(qū)動文件(GSD)文件，替換后控制組態(tài)無需修改;二是替換設備與故障設備類型、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家一致，不同GSD文件，替換后需要 DCS 重新組態(tài)和調(diào)試(包括設備調(diào)試)。故障設備與不同廠家，且類型、規(guī)格相同的設備或者同一廠家且類型、規(guī)格不同的設備替換后簡單調(diào)試無法使其正常工作，其原因在于現(xiàn)場總線智能設備的GSD文件不同，則設備的信號定義也就不同，從而沒有統(tǒng)一的標準和規(guī)范。對此，須對現(xiàn)場總線的智能設備制定信號傳輸?shù)囊?guī)范，明確同一類型、規(guī)格設備的傳輸信號種類、數(shù)量、信號傳送的順序，即同一種類型、規(guī)格的現(xiàn)場總線智能設備的傳輸信號種類、信號傳送的順序必須一致。

　　(2)現(xiàn)場總線設備(智能儀表、電動門等)的更新?lián)Q代速度比DCS快，使得DCS不支持最新生產(chǎn)的現(xiàn)場智能設備。在DCS中正常使用現(xiàn)場智能設備，需要設備驅(qū)動軟件，而DCS不是一個統(tǒng)一、開放的系統(tǒng)，需要對DCS升級來支持新的現(xiàn)場總線設備。當采用FF總線協(xié)議組成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時，這種現(xiàn)象尤為突出。對此，可對DCS進行相應的測試和系統(tǒng)升級，提高DCS對現(xiàn)場智能設備支持的能力。

　　三、結(jié)語

　　(1)目前，現(xiàn)場總線技術(shù)的應用缺乏與之相對應的設計規(guī)范、安裝、智能設備的數(shù)據(jù)傳輸、通訊接口等要求，從而在工程應用中造成一些問題。相關(guān)標準和規(guī)范的制定及落實對于充分發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的特點和優(yōu)勢起著重要的作用。

　　(2)隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，各種功能更加強大的現(xiàn)場儀表和功能模塊不斷產(chǎn)生，現(xiàn)場總線為實現(xiàn)全數(shù)字化電廠打下了基礎(chǔ)。

　　(3)現(xiàn)場總線技術(shù)的精髓在于全部信息化和智能化，其對設備信息的整合、處理將極大地改變電廠對設備的管理維護模式，提高設備的使用年限，降低維護成本?，F(xiàn)場總線技術(shù)應用的規(guī)模越大，對提高機組控制性能及節(jié)省總體費用(包括設計，施工，維護等)的優(yōu)勢越加明顯。