現(xiàn)場總線在鄒縣電廠10OOMW機組中的應(yīng)用

　　摘要：文章介紹了鄒縣發(fā)電廠在10OOMW機組中采用基金會現(xiàn)場總線（FF）的情況，簡單介紹了AMS設(shè)備管理系統(tǒng)，列舉了7號機組FF的調(diào)試經(jīng)驗，機組運行半年來，F(xiàn)F系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以對同類型的現(xiàn)場總線在電廠的應(yīng)用提供借鑒。
　　
　　一、概述
　　
　　鄒縣電廠2臺10OOMW機組采用帶Ovation®專家控制系統(tǒng)和基金會現(xiàn)場總線技術(shù)的PlantWeb®數(shù)字工廠管控方案。這是中國*在電廠安裝FF基金會現(xiàn)場總線設(shè)備用于監(jiān)測和過程控制的項目。
　　
　　FF基金會現(xiàn)場總線是艾默生過程管理PlantWeb®數(shù)字工廠管控結(jié)構(gòu)的重要核心部分，在各
　　
　　行業(yè)有上千套的實際應(yīng)用，它能夠為工廠真正節(jié)省費用和提高運行效益。
　　
　　中國華電集團在鄒縣電廠7號和8號機上采用了FF基金會現(xiàn)場總線和PlantWeb®技術(shù)，其中包括AMSTMSuite設(shè)備管理軟件中的智能設(shè)管理軟件以及130多臺基金會現(xiàn)場總線智能儀表，其中有Rosemount?848T溫度變送器、Fisher?以及Rosemount®智能現(xiàn)場設(shè)備。
　　
　　鄒縣電廠在100OMW機組中采用了FF基金會現(xiàn)場總線，既有大量溫度測點的采集，也成功實現(xiàn)了對調(diào)門的控制，相對與傳統(tǒng)的控制方式而言，它是熱工控制發(fā)展的另一趨勢。鄒縣電廠在10OOMW機組FF基金會現(xiàn)場總線的成功使用為今后的大量推廣積累了寶貴經(jīng)驗。
　　
　　自20世紀(jì)80年代現(xiàn)場總線問世來，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)眾多，每種標(biāo)準(zhǔn)都代表了各大公司的利益，長期末得到統(tǒng)一。1994年，ISP與WORLDFIP兩大組織合并，致力于推出上單一的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。為更好地開展工作，成立了現(xiàn)場總線基金會（FoundationFieldbus，簡稱FF），上許多的自動化公司均為會員，是*的*不附屬于企業(yè)的非商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)化組織。
　　
　　Fieldbus是全數(shù)字方式、雙向的、多DROP的通信協(xié)議，將智能的設(shè)備相互起來:如執(zhí)行器、傳感器、分布在工業(yè)現(xiàn)場的分散設(shè)備和控制器等。
　　
　　在機組的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，這種協(xié)議處于zui低級別，它是一種現(xiàn)場區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（LocalAreaNetwork，簡稱為LAN）。它支持將基本控制和輸入/輸出功能從分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場設(shè)備。
　　
　　因此，F(xiàn)F和傳統(tǒng)的DCS控制理念*不同，傳統(tǒng)的DCS控制是將就地的信號采集到電子設(shè)備間，通過輸入卡件對信號進(jìn)行處理完成信號的輸入功能，在相應(yīng)的DPU中進(jìn)行邏輯判斷，然后形成輸出點，再輸出至現(xiàn)場，信號采集和信號的輸出都是通過電纜傳輸，傳輸信號是模擬量方式。
　　
　　Fieldbus技術(shù)有以下優(yōu)點:
　　
　　（1）取代4~2OmA信號，為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信，因為是數(shù)字傳輸機制，有更好的除噪功能。
　　
　　（2）信號在就地進(jìn)行采集、處理、輸出，報警、趨勢分析等功能分散在現(xiàn)場級的裝置中，大大減少了電纜的使用。
　　
　　（3）各家產(chǎn)品可交互操作和互換使用。
　　
　　（4）可在線診斷現(xiàn)場級設(shè)備。
　　
　　（5）開放式系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)被承認(rèn)。
　　
　　二、現(xiàn)場總線的組成
　　
　　FF是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組織和七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提出的，共使用了七層協(xié)議中的三層:1、2和7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈層和應(yīng)用層，并增加了第八層用戶層。
　　
　　（1）物理層。定義了傳送數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)、信號波形和幅度限制，以及傳輸介質(zhì)、波特率、功耗和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。7號機組所用的傳輸介質(zhì)是有線電纜。通過有線電纜可以定義兩種速率標(biāo)準(zhǔn):低速總線租高速總線。7號機組所用的是低速總線標(biāo)準(zhǔn)。H1為用于過程自動化的低速總線，波特率為31.25kbits，zui大傳輸距離為1900m。7號機組用單獨的電纜向現(xiàn)場裝置供電（24VDC電源，OVATION系統(tǒng)提供），在同一傳輸信號的電纜上，可連接32臺現(xiàn)場裝置。
　　
　　（2）鏈路層。由上下兩部分組成，下層部分對傳輸介質(zhì)傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行發(fā)送、接收控制。上層部分是對數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到的裝置。
　　
　　（3）應(yīng)用層。給用戶提供接口，對讀、寫、中斷和操作信息定義。
　　
　　（4）用戶層。在這一層中，規(guī)定了可以使用的標(biāo)準(zhǔn)模塊：FunctionBlock，用戶可以使用這些模塊組態(tài)邏輯。功能塊包括輸入、輸出、算法等。在OVATION的CB中提供了FFAl、FFAO、FFPID等算法塊，在做邏輯時，可以直接使用。
　　
　　三、系統(tǒng)在7號機組上的應(yīng)用
　　
　　鄒縣電廠7、8號機組DCS控制系統(tǒng)采用艾默生（EMERSON）過程控制有限公司基于WINDOWSXP的OVATION系統(tǒng)。
　　
　　以1臺機組為例（7號機組），DCS系統(tǒng)包括34對冗余控制器：#1/5lDPU~#34/84DPU;2臺工程師站ENG2OO和ENG2Ol，ENG200是整個控制系統(tǒng)的服務(wù)器（Server站）;6臺操作員站OPR2O0~OPR216;1臺歷史站HSRl60;1臺OPC187站。
　　
　　#4/54DPU和#6/56DPU中安裝了現(xiàn)場總線。
　　
　　OPC187站安裝了AMSTMSuite設(shè)備管理軟件中的智能設(shè)備管理軟件，可以對現(xiàn)場的基金會現(xiàn)場總線智能儀表進(jìn)行在線檢測、維護、故障診斷，而不必去設(shè)備現(xiàn)場檢查，也不需要用儀器如375HART通信器掛在設(shè)備信號回路中才能看到設(shè)備的信息。AMS智能設(shè)備管理軟件具有375HART通信器所具有的所有功能，并且是WINDOWSXP的界面，操作界面更加友好，操作更加簡易直觀，可以*取代375HART通信器。
　　
　　3.1測點情況
　　
　　以下測點都在OVATION系統(tǒng)中組態(tài)，組態(tài)方法和OVATION系統(tǒng)其他點一樣，當(dāng)OVATION系統(tǒng)組態(tài)工作結(jié)束后，需要將組態(tài)導(dǎo)出到FF的現(xiàn)場設(shè)備中，在上述工作成功完成后，測點在OVATION系統(tǒng)中的使用、歷史存儲和系統(tǒng)中的其他點*相同。調(diào)門作為調(diào)節(jié)控制回路的執(zhí)行機構(gòu)，只需要在組態(tài)時，用支持FF系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模塊力口FFAI、FFAO等，當(dāng)組態(tài)完成后，PID參數(shù)可以在線在OVATION系統(tǒng)中修改，和OVATION系統(tǒng)中其他參數(shù)的修改*一樣。
　　
　　DROP4/54中為鍋爐側(cè)金屬壁溫測點，包括螺旋水冷壁出口金屬壁溫、后螺旋水冷壁出口金屬壁溫、左側(cè)螺旋水冷壁出口金屬壁溫、前上部水冷壁出口金屬壁溫、左側(cè)上部水冷壁出口金屬壁溫、右側(cè)上部水冷壁出口金屬壁溫、頂棚管出口金屬壁溫、前尾部包墻出口金屬壁溫、左側(cè)尾部包墻出口金屬壁溫、右側(cè)尾部包墻出口金屬壁溫、后尾部包墻出口金屬壁溫、中隔墻尾部包墻出口金屬壁溫、水平煙道（底部）出口金屬壁高再出口金屬壁溫、屏過出口金屬壁溫、高過出口金屬壁溫、低溫過熱器出口金屬壁溫共230個測點，這些測點都是K分度的。這些測點的現(xiàn)場接線分配在兩個現(xiàn)場FF機柜中，在鍋爐71m東西兩側(cè)。
　　
　　DROP6/56中為汽機側(cè)溫度測點、3個軸封系統(tǒng)的調(diào)門、3個軸封母管壓力變送器。汽機側(cè)溫度測點包括發(fā)電機定子層司溫度（PTlO0）、發(fā)電機銅屏蔽溫度（汽端）、發(fā)電機定子鐵心溫度、發(fā)電機定子線圈出水溫度、發(fā)電機AB冷卻器進(jìn)風(fēng)溫度（PTlO0）共102個測點，除標(biāo)注為PTlO0外，其余都是T分度的。這102個測點的現(xiàn)場接線分配在一個現(xiàn)場FF機柜中，在汽機側(cè)6.7m凝汽器東南側(cè)。另外，3個軸封系統(tǒng)的調(diào)門為輔汽至軸封壓力調(diào)節(jié)閥、軸封溢流調(diào)節(jié)閥、冷段至軸封壓力調(diào)節(jié)閥，3個調(diào)門和3個壓力變送器都是專門支持FF總線的設(shè)備，這6個設(shè)備的現(xiàn)場接線在汽機側(cè)6.7m凝汽器西側(cè)。
　　
　　3.2接線情況
　　
　　以汽機側(cè)測點為例。
　　
　　圖1所示為鄒縣電廠FF系統(tǒng)汽機側(cè)控制柜電源分配圖（ZouXianDCSFFPowerLayoutforTurbine），位于OVATION系統(tǒng)DROP6/56的擴展柜背面。　　
　　其中POWER表示FF系統(tǒng)的電源模塊，24V電源進(jìn)線是由OVATION系統(tǒng)DROP6/56的擴展柜的卡件底版提供的，GATEWAY是FF基金會現(xiàn)場總線的網(wǎng)關(guān)，每個網(wǎng)關(guān)可以提供4個Hl網(wǎng)段，如圖中所示2個Hl模塊，可以zui多輸出4個網(wǎng)段，在7號機組中只用了3個網(wǎng)段，分別連接到PWRl~PWR3上。
　　
　　PWRl~PWR3為連接就地848T控制柜現(xiàn)場總線端子接線盒（FieldbusJunctionBox）的電源模塊，F(xiàn)FT-BOXl（+）端和FF-T-BOXl（-）端兩根線是連接到FieldbusJunctionBox的模塊的TRUNKIN（+）和（-）端子上的，這就是FF系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，就地的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后，通過這一對線傳輸。
　　
　　每個現(xiàn)場總線端子接線盒zui多可以帶8個848T,而每個848T可以配置8個測點信號通道，根據(jù)需要可以接熱電阻和熱電偶兩種信號，848T上提供信號端子連接。現(xiàn)場總線端子接線盒和848T分布在就地離測點較近處，這樣可以大大減少就地測點到柜子之間敷設(shè)電纜的成本。
　　
　　圖2所示是支持FF總線的調(diào)門和壓力測點的就地接線方式。其中傳輸線是來自O(shè)VATION系統(tǒng)DROP6/56的擴展柜背面、EXT6-lPWR3的FF-T-BOX3（+）端和FF-T-BOX3（-）端。　　
　　3.3AMS設(shè)備管理組合
　　
　　AMS的英文全稱為AssetManagementSolution，直譯為中文為:資產(chǎn)管理方案。
　　
　　面對激烈的市場競爭，如何更有效地利用當(dāng)前的固定資產(chǎn)降低設(shè)備維護的成本，減少由于設(shè)備原因?qū)е碌纳a(chǎn)波動等要求越來越受到公司管理層酌關(guān)注;而艾默生過程管理有限公司恰恰為該要求提供了針對性的解決方案:AMS設(shè)備管理組合（AMSSuite）。
　　
　　AMS設(shè)備管理組合是可以管理大量生產(chǎn)設(shè)備，并提供深入分析和決策支持的軟件。AMS設(shè)備管理組合擁有當(dāng)前工業(yè)界的*技術(shù)，它利用對工廠設(shè)備的預(yù)測和前瞻性維護以及優(yōu)化其經(jīng)濟性能來提升整體工廠的有效性。目前已安裝了1萬多套艾默生的預(yù)測性維護和設(shè)備優(yōu)化軟件。AMS設(shè)備管理組合是隨著設(shè)備信息平臺的出現(xiàn)而誕生的，它可以收集和整理所有的設(shè)備信息以方便用戶做出決策。AMS設(shè)備管理組合使PlantWeb數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)的功能更為強大，它能夠提高生產(chǎn)設(shè)備的可用性和性能，從而使企業(yè)獲得更高的效益。
　　
　　AMSSuite設(shè)備管理組合是PIantWeb數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)的核心部分。AMSSuite設(shè)備管理組合憑借預(yù)測智能技術(shù)提高包括機械設(shè)備、電子系統(tǒng)、過程設(shè)備、儀表和閥門在內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的可用性和性能。
　　
　　AMS設(shè)備管理組合包括AMS設(shè)備信息平臺、AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)、AMS機械設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)、AMS性能監(jiān)測系統(tǒng)和AMS實時優(yōu)化系統(tǒng)。這五大產(chǎn)品涵蓋了智能儀表閥門設(shè)備管理、機械設(shè)備性能監(jiān)測、過程設(shè)備性能檢測、電氣系統(tǒng)保護等功能。其中zui常用的是AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)。
　　
　　AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)是針對智能儀表、智能閥門定位器等進(jìn)行在線組態(tài)、調(diào)整、校驗管理、診斷及數(shù)據(jù)庫事件記錄的一體化方案。
　　
　　AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)優(yōu)化了過程儀表和閥門的維護工作。它的基本功能之一是一個存儲設(shè)備組態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫。AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)支持50多家廠商的400多種HART和基金會現(xiàn)場總線設(shè)備。如果充分利用AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)所有應(yīng)用軟件的優(yōu)勢，那么就能在線獲得儀表和閥門的過程信息和診斷信息，同時自動對所有設(shè)備的維護信息進(jìn)行歸檔。
　　
　　上面提到的智能設(shè)備是指帶HART協(xié)議或帶現(xiàn)場基金會總線協(xié)議的設(shè)備。
　　
　　利用AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)的快速檢查助手，可對智能儀表及智能閥門快速進(jìn)行接線回路測試及連鎖回路測試，從而減少40%~60%的調(diào)試時間。通過在一個單一數(shù)據(jù)庫中規(guī)劃和儲存現(xiàn)場設(shè)備的組態(tài)信息實現(xiàn)快速調(diào)試。快速地迸行設(shè)備回路測試、連鎖確認(rèn)和校驗。
　　
　　提高現(xiàn)場設(shè)備的質(zhì)量:現(xiàn)場設(shè)備永遠(yuǎn)完好、指示永遠(yuǎn)正常只是一種非常理想狀態(tài)，事實上隨著服役時間推移，任何現(xiàn)場設(shè)備的性能都會降低，這是一種自然現(xiàn)象，也是我們所必須要面對的。而如何能在設(shè)備異常甚至是將要異常時，發(fā)出相關(guān)信息警告是非常必要的，這樣就能真正實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的可控和在控。
　　
　　AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)能夠提供在線設(shè)備診斷和狀態(tài)信息，如果有設(shè)備處于非正常狀態(tài)，AMS設(shè)備管理系統(tǒng)會發(fā)出警報。通過合理的使用、監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備，就能便過程更為可靠。
　　
　　提高工作效率:意味著要保證生產(chǎn)按計劃順利進(jìn)行。AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)可實時在線獲得智能設(shè)備的診斷信息和報警，因而工作人員能夠?qū)υO(shè)備的健康狀況了如指掌。
　　
　　同時，AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)還能對設(shè)備進(jìn)行預(yù)維護，在設(shè)備發(fā)生故障前，就發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而避免了非計劃停車，以及由此而引起的重大損失。即便是在計劃停車期間，時間也是關(guān)鍵因素。
　　
　　四、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決情況
　　
　　鄒縣電廠調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決情況可以給FF系統(tǒng)在其他工程中的應(yīng)用提供借鑒。
　　
　　（1）調(diào)試中848T的溫度測點信號顯示與實際不符，檢查為接線方式錯誤，848T提供2種接線方式，分別對應(yīng)就地測溫元件的2種類型:熱電偶和熱電阻，在接線時要注意。　　
　　圖3所示為848飛的外觀圖，在該圖的下部標(biāo)有INPUTl~8的端子為8個通道的模擬量信號輸入端子，從左至右每3個端子對應(yīng)1個通道，每個通道的3個進(jìn)線端子從左至右標(biāo)有端子1、2、3。　　
　　圖4所示為848T連接熱電阻（RTD）、熱電偶信號的連接圖。　　
　　圖4中從左數(shù)第三個連接方式為熱電偶的連接方式，熱電偶輸出的（+）和（-）端連接至848T的端子2和3上。
　　
　　根據(jù)實際使用的熱電阻的情況，熱電阻有3種連接方式，如圖4中的*、二、四所示:2線制的熱電阻、3線制的熱電阻、帶有補償回路的2線制的熱電阻。
　　
　　（2）FF系統(tǒng)中的調(diào)門壓力測點組態(tài)不成功，調(diào)門不能正常操作，壓力測點不能正常顯示，檢查為系統(tǒng)中輸入的設(shè)備型號和實際的不一致，待就地重新核對設(shè)備型號后，組態(tài)成功。
　　
　　在軟件中對每個支持FF的設(shè)備組態(tài)時，一定要正確填寫設(shè)備型號，否則FF系統(tǒng)將檢測不到該設(shè)備。
　　
　　在軟件組態(tài)中，設(shè)備型號是以下拉菜單的形式出現(xiàn)的，從中選擇正確的設(shè)備型號即可。
　　
　　（3）所有的848T帶的溫度測點周期性地全部變BAD點，檢查為就地848T控制柜接地不正常，修改接地線后，故障現(xiàn)象消失。
　　
　　進(jìn)入848T控制柜的所有電纜的屏蔽應(yīng)該都接至控制柜的接地排上，而控制柜的接地排應(yīng)該和大地有良好的連接，保證接地正常。
　　
　　五、結(jié)論
　　
　　鄒縣電廠7號機組于2叨6年12月4日投產(chǎn)發(fā)電至今，經(jīng)實際運行檢測所有FF的測點顯示正常，調(diào)門調(diào)節(jié)正常，非常穩(wěn)定，沒有發(fā)生過測點變壞點、顯示不刷新、調(diào)門調(diào)節(jié)異常等異常情況。
　　
　　由于有7號機組FF系統(tǒng)調(diào)試積累的經(jīng)驗，8號機組在FF系統(tǒng)調(diào)試期間非常順利，沒有出現(xiàn)異常情況，8號機組已于2007年7月4日投產(chǎn)發(fā)電，F(xiàn)F系統(tǒng)運行正常。
　　
　　經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以及運行檢測，F(xiàn)F系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以對FF系統(tǒng)在實際工程中的推廣提供借鑒。