基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電站工程的應(yīng)用研究
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圖1為一組現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件配置結(jié)構(gòu)，另一組的網(wǎng)絡(luò)及硬件配置與此完全相同。17個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由Profibus DP總線串聯(lián)接至光電轉(zhuǎn)換器OLM1，通過(guò)光纖傳輸，將總線上的信號(hào)傳送到電子間機(jī)柜中的OLM2，再經(jīng)Profibus DP總線將信號(hào)傳到通信和存儲(chǔ)模塊IM 308C，最后通過(guò)RS-485總線到達(dá)控制處理器PA。PA作為底層處理器全部掛在工廠總線網(wǎng)，工程師站可通過(guò)工廠總線網(wǎng)對(duì)所有總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行組態(tài)。連接在終端總線網(wǎng)的操作員站可通過(guò)工廠總線網(wǎng)、PA對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行開(kāi)、關(guān)、停等操作。
OLM1布置于現(xiàn)場(chǎng)控制箱中，OLM2、IM308C及PA都布置于電子間DCS機(jī)柜，具體布置如圖2所示。由于AUMA現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元均配有雙通道Profibus DP冗余總線接口，故主站PA、IM 308C、電源模塊及所有總線配置都是冗余的，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
圖2 電子間DCS機(jī)柜內(nèi)部布置圖
3.3 控制的軟件實(shí)現(xiàn)
作為現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其運(yùn)行模式與普通執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比有一定的特殊性。用戶首先對(duì)安裝完畢的設(shè)備進(jìn)行物理地址和與閥門相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，可通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體上的液晶顯示器和按鈕盤實(shí)現(xiàn)。
在硬件結(jié)構(gòu)建立后，用戶需在工程師站完成通信程序和系統(tǒng)組態(tài)軟件，寫入IM 308C的存儲(chǔ)單元FLASHROM(快速可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器)中，包括對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理地址與執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體的匹配設(shè)定和開(kāi)、關(guān)、?？刂萍肮收媳O(jiān)控的實(shí)現(xiàn)。組態(tài)程序可看作工程師站的一個(gè)模塊，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制參數(shù)的設(shè)定及修改等操作均可通過(guò)該模塊完成。
在組態(tài)完成、地址設(shè)定匹配后，啟動(dòng)IM 308C，運(yùn)行位于FLASHROM中的用戶程序，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)AUMA電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上物理地址的確認(rèn)建立網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家提供的設(shè)備描述文件讀取相應(yīng)設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收集控室的運(yùn)行指令和反饋閥門狀態(tài)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閉環(huán)運(yùn)算以及與其它設(shè)備間聯(lián)鎖等開(kāi)環(huán)運(yùn)算，在主站AP中以10ms為周期進(jìn)行，并以數(shù)字量形式直接傳至AUMA執(zhí)行機(jī)構(gòu)的PROFIBUS DP接口，從而完成對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。寧海電廠分散控制系統(tǒng)采用西門子Teleperm-XP，圖3所示為該系統(tǒng)的操作員站閉式循環(huán)水系統(tǒng)AUMA MATIC執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作畫面，任何開(kāi)、關(guān)、停操作最后都必須以點(diǎn)擊綠色界面左下角"EXECUTE"鍵來(lái)完成操作內(nèi)容。
圖3 AUMA現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作畫面
3.4 應(yīng)用效果
一種新型設(shè)備的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)最終在運(yùn)行時(shí)得以檢驗(yàn)。浙江國(guó)華寧海電站2號(hào)、3號(hào)機(jī)組順利通過(guò)168小時(shí)無(wú)故障運(yùn)行投產(chǎn)，所有AUMA現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行正常。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS的通信，AUMA電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)、關(guān)、故障等信息得以反饋，集控室操作員可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行要求對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程手操。當(dāng)AUMA電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障時(shí)，可在工程師站將該節(jié)點(diǎn)從總線網(wǎng)絡(luò)中刪除以進(jìn)行檢修，而不會(huì)影響總線上其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行與監(jiān)控，與DCS控制模塊故障相比，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較，現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試的各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)也體現(xiàn)著自己的優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，各電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)無(wú)需以硬接線形式單獨(dú)接入DCS卡件通道和開(kāi)列常規(guī)電纜并計(jì)算長(zhǎng)度，而只需以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)為單位對(duì)總線的總長(zhǎng)度進(jìn)行估算，節(jié)省了大量電纜。施工時(shí)，無(wú)需考慮電纜的芯芯對(duì)接，而只需完成總線輸入和輸出的插拔式連接，減少了大部分工作量，并為維護(hù)和檢修提供便利。給總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)定與工程師站匹配的物理地址且通信狀態(tài)良好，就表征調(diào)試完畢，大大減少了可能出現(xiàn)的調(diào)試問(wèn)題和故障點(diǎn)。
4 結(jié)束語(yǔ)
基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在寧海電站機(jī)組閉式水系統(tǒng)局部的應(yīng)用，其效果達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期。即使不同廠家提供的設(shè)備，只要總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信協(xié)議匹配，數(shù)據(jù)傳輸和控制功能就可完全實(shí)現(xiàn)。
由于現(xiàn)場(chǎng)總線本身可以組成從底層到高層的通信和控制網(wǎng)絡(luò)，純粹由現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的總線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備形式較為單一且應(yīng)用范圍較為狹窄。建設(shè)中的華能玉環(huán)電站在總結(jié)以往現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電站工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)和廢水系統(tǒng)廣泛采用Profibus DP和Profibus PA總線技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備也包括帶總線協(xié)議的各種變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，總線設(shè)備開(kāi)始呈現(xiàn)多樣性，是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電站工程應(yīng)用的一大進(jìn)步。在從業(yè)人員的不斷努力下，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為組合控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在電站工程正逐步得到體現(xiàn)。
評(píng)論