現(xiàn)場總線應(yīng)用于電力行業(yè)的全面分析

但遺憾的是，盡管我國電力建設(shè)的模式和體制發(fā)生了重大變革，但重視控制工程基本建設(shè)造價、輕視運行維護及管理費用的觀念在相當多的投資方和建設(shè)方的思想中還占據(jù)相當?shù)牡匚弧Ａ硗?，由于目前現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)電廠的應(yīng)用示范工程較少，各種文獻中提出的節(jié)省投資費用也缺乏具有說服力的實例，而各種現(xiàn)場總線產(chǎn)品的市場價格確實比常規(guī)儀表和控制裝置高出許多，設(shè)計院在方案階段由于設(shè)計深度的限制，也拿不出全面、系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟比較數(shù)據(jù)，更不要說投產(chǎn)后的潛在經(jīng)濟效益了。

長期效益可觀：專家認為，利用現(xiàn)場總線技術(shù)，樂觀的講在初期投資時現(xiàn)場總線的效益就能有所體現(xiàn)，就算保守的計算，也能與現(xiàn)在所采用的技術(shù)和設(shè)備達到基本持平。雖然目前有些現(xiàn)場總線用設(shè)備比普通智能型設(shè)備在價格上還要貴一些，但隨著技術(shù)和生產(chǎn)能力的進步，價格也在不斷接近。從長遠運行效益來看，現(xiàn)場總線系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)用后，運行、維護成本大大降低，人員工作量大幅減少，適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求，潛在經(jīng)濟效益可觀。

六、選用態(tài)度／投資態(tài)度

· 閻欣軍：

一個火力發(fā)電廠設(shè)計要經(jīng)歷立項、項目審批、設(shè)計、施工調(diào)試等幾個階段，具體可劃分為初步可行性研究階段、可行性研究階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段幾個重要過程。在初步可行性研究階段、可行性研究階段、初步設(shè)計階段都要經(jīng)過各方人士審查。在可行性研究階段工程的總投資基本上已確定。

投資方及業(yè)主單位要盡早明確是否同意采用現(xiàn)場總線技術(shù)，以及可以接受使用的范圍。如采用現(xiàn)場總線，必要時要與設(shè)計院一道做主輔機廠家的工作，對其供貨范圍內(nèi)的現(xiàn)場儀表及控制設(shè)備進行跟蹤以保證現(xiàn)場總線的順利實施。

火力發(fā)電廠一直遵循“安全、可靠”的原則，安全第一。長期以來人們已經(jīng)習(xí)慣了這樣的模式。目前我國電力行業(yè)迎來了前所未有的市場發(fā)展機遇，各投資公司都想抓住這個機會把早日發(fā)電贏利作為一個最終目標。因為國內(nèi)還沒有實質(zhì)性大面積的使用，連接現(xiàn)場總線設(shè)備的現(xiàn)場總線不能冗余，使得部分人士對底層現(xiàn)場總線在發(fā)電廠環(huán)境下應(yīng)用的可靠性持懷疑和觀望的態(tài)度。如使用現(xiàn)場總線，可能會有一定的風險，在目前形勢下需要有一定的勇氣。

要在電廠采用現(xiàn)場總線，首先是要經(jīng)過投資方和業(yè)主的同意，投資方和業(yè)主首先要了解采用現(xiàn)場總線后對投資的影響、機組安全運行可靠性是否降低、對設(shè)備的要求、對物資采購和管理的要求。投資方和業(yè)主是否能在采用現(xiàn)場總線技術(shù)所能帶來的長遠效益上有深入認識，與集團公司整體的思路不無關(guān)系，如果目前還不能接受現(xiàn)場總線是可以理解的，畢竟電廠運行安全是最重要的。

趙瑞陽：

投資方和建設(shè)方在使用現(xiàn)場總線技術(shù)方面應(yīng)起關(guān)鍵作用，一方面應(yīng)立足于企業(yè)的長遠效益來考慮應(yīng)用現(xiàn)場總線的問題；另一方面應(yīng)用現(xiàn)場總線不純粹是技術(shù)方面的問題，可能會涉及項目的投資和進度風險，設(shè)計院應(yīng)對應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)提出透徹的技術(shù)分析報告，講清應(yīng)用現(xiàn)場總線的利弊和投資估算，提出切實的項目實施計劃和風險應(yīng)對方案。但各方應(yīng)堅持一個共識，即只要有合適的場合、合適的產(chǎn)品及合適的效能比，就應(yīng)積極使用現(xiàn)場總線技術(shù)及產(chǎn)品。

七、設(shè)計態(tài)度

· 閻欣軍：　

近幾年來，現(xiàn)場總線一直是我們設(shè)計人員致力想用的，我們做了充分的技術(shù)儲備，包括請高校老師講課培訓(xùn)、專業(yè)人員系統(tǒng)地進行學(xué)習(xí)、了解現(xiàn)場總線設(shè)備，并一直在尋找使用現(xiàn)場總線的機會。

設(shè)計單位要負責向投資方及業(yè)主進行技術(shù)交底，說明采用現(xiàn)場總線后的優(yōu)點和可能帶來的問題；各專業(yè)間要相互配合協(xié)調(diào)。最重要的是要對現(xiàn)場總線技術(shù)有足夠充分的認識。重點解決接口連接問題。

發(fā)電廠的控制系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程，它需要鍋爐、汽機、發(fā)電機及其輔機的相互協(xié)調(diào)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備可實現(xiàn)基本的控制功能，但復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制如何實現(xiàn)仍是需要考慮的問題。

設(shè)計原則在工程設(shè)計開始階段就要確定。在可行性研究階段按可研對熱工自動化的要求，只是說明控制方式與控制水平，如確定要采用現(xiàn)場總線，應(yīng)在可研報告中明確。但此時至少熱工自動化專業(yè)沒有與投資方及業(yè)主方專業(yè)人員接觸，不知道他們的真實想法。由于現(xiàn)場總線的應(yīng)用還不夠系統(tǒng)和廣泛，可能在可研審查時會要求再做調(diào)研。而在可研與初步設(shè)計之間，主機將確定，但不能確定主機隨帶的控制設(shè)備和調(diào)節(jié)閥門是否采用智能型，加上主機制造廠在目前電力市場的大好形勢下不會因為某個工程而改變其已定型的供貨。因此，在初步設(shè)計開始時再探討是否采用現(xiàn)場總線效果不會很大，會由于主輔機的原因、工期的原因而放棄。

熱工自動化專業(yè)的特點是為工藝專業(yè)服務(wù)，完成工藝系統(tǒng)控制。是否采用現(xiàn)場總線，不是熱工自動化專業(yè)能夠決定的，而是要各工藝專業(yè)（如機務(wù)、水工、除灰、暖通等專業(yè)）及制造廠的支持配合。要求隨工藝及設(shè)備帶的控制設(shè)備和調(diào)節(jié)閥門采用智能型。

此外，施工單位要重視現(xiàn)場智能儀表及智能控制設(shè)備間通信電纜敷設(shè)的可靠性問題。有些地域環(huán)境條件很差，這就對通信電纜的敷設(shè)提出了新的要求，在施工中要充分給予重視。

趙瑞陽：

目前現(xiàn)場總線之所以在電廠中沒有能夠大規(guī)模使用，另一個主要原因就是因為電力設(shè)計人員對現(xiàn)場總線的技術(shù)還不夠了解，對它在現(xiàn)場的應(yīng)用情況還存有疑慮。

我們一直強調(diào)在電廠應(yīng)用的控制系統(tǒng)必須已有在2臺同類型機組3年以上的成功應(yīng)用業(yè)績。需知現(xiàn)場總線技術(shù)已發(fā)展了十多年，支持現(xiàn)場總線技術(shù)的智能設(shè)備已經(jīng)基本成熟，且在其他行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。由美國電力研究院主持編制的核電廠用戶要求文件UDR中已將現(xiàn)場總線作為核電廠控制系統(tǒng)的選項，這對我們在火力發(fā)電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)該有所啟示。

設(shè)計院在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)方面應(yīng)要求設(shè)計人員要有創(chuàng)新意識，管理層要為設(shè)計人員營造設(shè)計創(chuàng)新條件和環(huán)境?，F(xiàn)場總線技術(shù)不同于常規(guī)設(shè)計，設(shè)計院各級領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)重視和加強自身及對設(shè)計人員的技術(shù)培訓(xùn)和知識更新。針對這種情況可以先在電廠的某些工藝過程中少量的使用現(xiàn)場總線技術(shù)，在取得一定的運行和維護經(jīng)驗以后再大規(guī)模推廣使用。比如，在主廠房區(qū)域，當DCS支持FF現(xiàn)場總線標準時，可以將那些單參數(shù)調(diào)節(jié)回路從DCS控制器中回到現(xiàn)場的智能變送器或智能執(zhí)行機構(gòu)中實現(xiàn)。同樣在輔助車間的控制系統(tǒng)中也可以采用這種方式。

自動化設(shè)計人員要努力提高自己的業(yè)務(wù)水平，改變目前在常規(guī)DCS和PLC系統(tǒng)設(shè)計方面的習(xí)慣做法，熟練掌握和應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品。設(shè)計院現(xiàn)在幾乎不參與DCS或PLC系統(tǒng)施工圖階段的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與配置工作，只負責提供P&ID、初步的I/O清冊，最終完成DCS或PLC的外部接線圖。這樣做的后果就是，設(shè)計院對全廠的控制策略掌握不透徹，對系統(tǒng)組態(tài)方式和功能分布是否合理了解不深入。

要扭轉(zhuǎn)這種局面，設(shè)計院應(yīng)抓住應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的機遇，加深設(shè)計深度，適應(yīng)新技術(shù)帶來的轉(zhuǎn)變。這種改變主要體現(xiàn)在以下幾個內(nèi)容：P&ID圖、儀表位置布置圖、調(diào)節(jié)框圖和邏輯圖、設(shè)備規(guī)范和數(shù)據(jù)表、接線圖、電源配置圖等。舉例來講，目前設(shè)計院施工圖一項重要的工作就是繪制接線圖。在使用現(xiàn)場總線后接線圖的數(shù)量將會大幅度減少，因為現(xiàn)場總線是用一根電纜將多個設(shè)備連接起來，然后再接到上層網(wǎng)絡(luò)，而省去了大量的一對一連接線繪圖工作。從現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)來看，網(wǎng)段設(shè)計對整個現(xiàn)場總線系統(tǒng)正常運行起著非常重要的作用，是現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計的核心技術(shù)，因此設(shè)計院的接線工作將會轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場總線的網(wǎng)段設(shè)計以及布線的工作中去。

當采用FF現(xiàn)場總線時，P&ID圖工作顯得尤其重要，現(xiàn)有的P&ID圖深度要提高，因為在采用FF現(xiàn)場總線標準的情況下，需要通過P&ID規(guī)劃系統(tǒng)和設(shè)備的控制策略。在P&ID圖的設(shè)計中，需引入?yún)^(qū)域設(shè)計的概念。為了達到調(diào)節(jié)功能和邏輯的可靠和完整，通常一個回路的所有I/O應(yīng)處于相同的區(qū)域；采用P&ID應(yīng)確保所有與區(qū)域回路有關(guān)的點都在那個區(qū)域內(nèi)。

八、采購態(tài)度

· 趙瑞陽：

現(xiàn)在電廠控制設(shè)備的采購大多是由設(shè)計院編制設(shè)備規(guī)范書，由建設(shè)單位組織采購，也有一些設(shè)備由施工單位采購，還有的控制裝置由主機廠配套或分包。這種設(shè)備的采購方式難以確保按照統(tǒng)一的總線標準供貨。根據(jù)現(xiàn)在的實際情況，即使規(guī)范書中的技術(shù)條件十分明確，往往現(xiàn)場到貨卻是另一回事。不同的現(xiàn)場總線標準是不兼容的，不能達到預(yù)期的效果。另外，現(xiàn)在建設(shè)方只允許設(shè)計院開列檢測和控制裝置的工藝參數(shù)要求，而不開列具體型號和供應(yīng)商，致使設(shè)計院在設(shè)計時不知道將來到達現(xiàn)場的是什么樣的設(shè)備。而這樣的采購方式如果繼續(xù)沿用到應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計上，將會產(chǎn)生嚴重后果，甚至不能保證現(xiàn)場總線系統(tǒng)正常工作。因此，在確定工程中采用現(xiàn)場總線標準后，采購方式必須調(diào)整。

在主機和輔機招標過程中，涉及配套儀表和控制裝置的供貨，其總線標準必須等DCS系統(tǒng)招標后再確定，也就是說，用DCS支持的現(xiàn)場總線協(xié)議決定其他配套設(shè)備的總線協(xié)議的選擇；或者，盡可能減少主、輔機配套的儀控設(shè)備，由建設(shè)方和設(shè)計院根據(jù)DCS招標后確定的總線標準再集中采購。

輔助系統(tǒng)控制系統(tǒng)的選擇也可以改變以往控制裝置由系統(tǒng)集成商配套的做法，各輔助系統(tǒng)采用的PLC可以確定合適的某兩種總線標準集中招標采購，以利于現(xiàn)場設(shè)備的總線標準統(tǒng)一。無需強調(diào)輔助車間控制系統(tǒng)采用與主廠房一致的現(xiàn)場總線協(xié)議。

在招標書中可以指定兩種比較成熟、且支持的供應(yīng)商較多的總線協(xié)議供選擇?，F(xiàn)場總線適用范圍由投標的DCS供應(yīng)商提出推薦方案。選用總線協(xié)議的原則有兩種，一是跟著DCS走，二是使用設(shè)計方熟悉的協(xié)議。

投資方、建設(shè)單位對于設(shè)計院采用現(xiàn)場總線技術(shù)的設(shè)計方案，須給予足夠的設(shè)計周期，并在產(chǎn)品設(shè)計選型方面給予更多的自主權(quán)，因為總線產(chǎn)品的選型需要供應(yīng)商更為詳細的設(shè)計配合。
　　
與時俱進、大膽創(chuàng)新、謹慎求實：從歷史的角度看，技術(shù)的進步總是可以起到解放生產(chǎn)力的作用，推動社會不斷向前進步發(fā)展。因此，效益也好，可靠性也好，相信都會隨著技術(shù)的進步得到提高和保證。況且這項技術(shù)在其他行業(yè)已經(jīng)得到了認可，在電廠與電網(wǎng)的局部也有成功應(yīng)用，只是現(xiàn)在需要各方的積極努力，達成共識，建起更多的單個完整系統(tǒng)的試點工程實踐。通過試點，不斷摸索，提高可靠性，做出具有說服力的經(jīng)濟分析。

一個電力項目的服役期一般都在幾十年，無論投資者還是設(shè)計者都應(yīng)著眼于長遠，用科學(xué)發(fā)展觀的眼光看待新技術(shù)、新事物，為其發(fā)展助一臂之力；工作態(tài)度、工作流程也都應(yīng)與時俱進。

九、總線發(fā)展

趙文華：

由于現(xiàn)場總線現(xiàn)今還是多種標準共存的局面，沒有事實上統(tǒng)一的標準，給用戶的使用也帶來很大的困惑；目前符合現(xiàn)場總線標準的產(chǎn)品規(guī)格、品種少，國產(chǎn)設(shè)備更少；支持現(xiàn)場總線標準的智能設(shè)備價格高等原因，構(gòu)成了現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的障礙。對于電力行業(yè)來說，由于電廠自身的基建模式，它對安全可靠性的高要求，電力設(shè)計的生命周期，以及電力行業(yè)現(xiàn)有設(shè)計人員對現(xiàn)場總線技術(shù)知識的欠缺等因素使得現(xiàn)場總線技術(shù)目前在電力行業(yè)的應(yīng)用相比其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域顯得很薄弱，需要電力行業(yè)設(shè)計人員共同努力，大膽創(chuàng)新，大力推進現(xiàn)場總線技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

閻欣軍：

火力發(fā)電廠推進現(xiàn)場總線的應(yīng)用，涉及到審批單位、投資方、業(yè)主單位、設(shè)計單位、施工單位、產(chǎn)品供應(yīng)單位等各方面。我們建議審批單位給出明確的導(dǎo)向，是否可考慮在小范圍如單一控制回路使用，積累經(jīng)驗后再總結(jié)推廣。

趙瑞陽：

在近幾年的電力建設(shè)過程中，電力生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理引起了廣泛的重視，投入了大量的資金構(gòu)建輔助控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、電廠實時監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）和電廠信息管理系統(tǒng)（MIS）,而對于現(xiàn)場級的設(shè)備依然采用傳統(tǒng)的裝置和方式接入控制系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)，生產(chǎn)過程的監(jiān)控只能到達I/O子系統(tǒng)。這對于以預(yù)測性設(shè)備維護和設(shè)備管理為預(yù)期目標的信息化建設(shè)，無疑是“無源之水”。因此解決電廠“信息盲區(qū)”的根本出路是應(yīng)用支持現(xiàn)場總線的智能現(xiàn)場設(shè)備。

推廣現(xiàn)場總線是明智之舉：盡管到目前為止，市場和工程實踐中尚缺乏真正意義上的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)供電廠使用，但不代表我們在現(xiàn)場總線技術(shù)方面無所作為。只要我們認清應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的真正目的，克服制約現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用障礙，我們就能讓現(xiàn)場總線技術(shù)為電廠自動化和信息化發(fā)揮積極的貢獻。

十、產(chǎn)品應(yīng)用

李利：

Profibus在電力行業(yè)最典型的應(yīng)用是德國尼德豪森電廠2X950MW機組的DCS系統(tǒng)。德國尼德豪森電廠隸屬于德國RWE電力公司，該電廠K機組采用了熱電聯(lián)產(chǎn)方式，總出力達到1012MW，由于采用了過程優(yōu)化技術(shù)，整個機組的效率達到了45%。K機組為超超臨界機組，主汽溫度為580℃，主汽壓力達到27MPA。整個機組的DCS系統(tǒng)中由于采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備智能化，設(shè)備狀態(tài)和狀態(tài)信息都能通過總線傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)中，是目前全球范圍智能化程度最高，采用總線技術(shù)最全面，裝機容量最大的機組。

除了DCS系統(tǒng)之外，西門子公司還提供了汽機的DEH系統(tǒng)、智能儀表、執(zhí)行機構(gòu)、SIS、MIS、馬達保護裝置等系統(tǒng)和設(shè)備，并承擔了控制室的設(shè)計任務(wù)。

DCS系統(tǒng)包括2700個模擬量輸入、模擬量計算點845個、模擬量輸出點3個、流量計輸入點63個、開關(guān)量輸入3798個、開關(guān)量輸出67個，這些信號中采用常規(guī)信號的，通過ET200遠程I/O進行采集并通過PROFIBUS-DP與DPU相連；采用HART協(xié)議的儀表通過HART協(xié)議與遠程I/OET200通訊。整個系統(tǒng)包括721臺馬達、670個電磁閥、957個閥門定位器、698臺電動執(zhí)行機構(gòu)和350個現(xiàn)場控制器，這些智能設(shè)備均通過PROFIBUS-DP與DPU相連。整個系統(tǒng)于2002年12月投入商業(yè)運行，整個系統(tǒng)只需配備一個操作員，大大提高了電廠的自動化水平。除了尼德豪森電廠外，還有德國曼海姆電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，柏林北部電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，慕尼黑電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，禮克林豪森電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線等很多國外電廠的DCS系統(tǒng)都采用了PROFIBUS總線結(jié)構(gòu)。

在國內(nèi)電力系統(tǒng)中也有很多應(yīng)用，如江蘇夏港電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，韓峰電廠DCS系統(tǒng)采用PROFIBUS總線，山東萊程電廠DCS系統(tǒng)以及華能玉環(huán)電廠主廠房外補給水系統(tǒng)均采用了PROFIBUS-DP總線結(jié)構(gòu)。

因此，可以毫不夸張地說，采用PROFIBUS現(xiàn)場總線的新一代過程控制系統(tǒng)必將成為保證電廠安全可靠運行的生力軍。

當前我國正處于一個改革創(chuàng)新的時代，只要是對發(fā)展有利，就應(yīng)該勇于實踐。作為投資主體的發(fā)電集團，隨著電力體制改革進展的加速，火電廠信息化已經(jīng)成為日益迫切的要求，再過3～5年，如果一個電廠仍未實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和現(xiàn)代化管理，那么在電力市場競爭中勢必將會處于十分被動的地位，這是運營者不愿看到的。因此，數(shù)字化和信息化任務(wù)已經(jīng)迫在眉睫！

我們必須站在社會發(fā)展和技術(shù)演變的高度，辯證地看問題，摸清火電廠自動化技術(shù)發(fā)展的進程，加快推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，既要謹慎求實，也應(yīng)勇于創(chuàng)新。通過試點不斷摸索積累經(jīng)驗，早日實現(xiàn)電廠信息化。