現場總線技術在機組控制系統中的應用

　　摘要：建立數字化電廠的基礎在于獲取大量的設備和工藝流程的實時數據、狀態及診斷信息，但由于DCS的信號機制限制，難于滿足這樣的要求。對此，現場總線技術及其控制系統以全數字、雙向通信信號制可使這種要求成為可能。華能九臺電廠為國內*個在火電廠機組主控制系統中應用現場總線技術的電廠，其1號機組于2009年10月24日通過168h試運行，2號機組于2009年12月6日通過168h試運行。
　　
　　一、機組概況
　　
　　華能九臺電廠2×660MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的超臨界參數、單爐膛、一次中間再熱、角式切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構塔型、緊身封閉布置燃煤、變壓運行螺旋管圈直流爐，采用風扇磨煤機直吹式制粉系統，每爐配置8臺磨煤機（6臺運行，1臺備用，1臺檢修）；汽輪機為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、八級回熱抽汽式汽輪機；發電機為哈爾濱電機廠有限責任公司生產的水一氫一氫冷卻方式、靜態勵磁發電機。每臺機組配置2臺50％BMCR容量的汽動給水泵，1臺30％BMCR容量的機組起動用電動定速給水泵；配1套高壓旁路裝置，2套低壓旁路裝置，旁路系統為30％BM-CR容量。機組控制系統為DCS嵌入Profibus現場總線控制系統。
　　
　　二、現場總線控制系統
　　
　　現場總線控制系統涵蓋了34個工藝系統，采用11種類型現場總線設備：壓力、差壓、液位、流量變送器；氣動閥門定位器（用于控制氣動調節閥）；380VAC電動機（風機、泵等）控制和保護單元（開關量控制、電氣、就地控制和保護）；電動閥門驅動單元（控制電動閥門、電動調節閥門）；閥島（控制氣動開關閥）。華能九臺電廠的機組控制系統結構見圖1。　　
　　機組控制系統由DCS和現場總線控制系統組成，DCS主要包括操作員站和工程師站、以太網、應用服務器站、控制器、10模件，實現機組的控制策略和設備級診斷。DCS控制器通過Profibus現場總線實現過程控制的智能變送器、執行器和本地控制器之間的實時數據通信。現場總線控制系統包括Profibus-DP和Profibus-PA2個部分。其中，Profibus-DP設備主要包括電動執行機構、電動機、閥島。Profibus-PA設備主要包括氣動定位器、壓力變送器。現場總線控制系統實現數據傳輸和就地設備控制。設備診斷信息見圖2。　　
　　三、現場總線技術應用注意事項
　　
　　（1）在確定現場總線就地設備型號前，必須對儀表和設備進行通信、操作等方面的兼容性測試，避免因設備選型不當造成設備之間無法通訊。
　　
　　（2）現場總線設備的網段劃分相當于常規DCS中的10清單分配，一個現場總線設備相當于常規DCS中的一個10點，一個網段相當于常規DCS的一塊卡件。但是，常規DCS中10清單分配無需考慮設備安裝的物理位置，而網段劃分中網段的長度與數據傳輸的速率有關。因此，數據傳輸速度為500kbit/s時Profibus-DP總線網段的所有電纜長度不能超過400m；數據傳輸速度為31.25kbit/s時Profibus-PA總線網段的所有電纜長度不能超過1900m。
　　
　　（3）在設備出廠前由生產廠設置現場總線設備地址，可減少現場調試時間。
　　
　　（4）預防外界電磁波干擾，特別注意在總線設備附近不能使用大功率對講機，否則會對總線信號造成干擾。
　　
　　四、常見問題及處理方法
　　
　　（1）Profibus電纜的2根AB線接反、短路、任一根對地短路造成連接故障。對此，將Profibus電纜與主站斷開，通過對線或利用BT200工具進行故障檢查并消除。
　　
　　（2）就地YLINK或DP/PALINK地址設置不正確。對此，就地檢查或利用PDM軟件檢查地址設置。
　　
　　（3）控制組態中的設備與就地設備地址不一致。對此，按照設計方案檢查控制組態和就地設備的地址，并將其修改一致。
　　
　　（4）就地設備地址設置重復，導致總線不能正常工作。對此，就地利用PDM軟件檢查設備地址，并對其更改。
　　
　　（5）就地設備與ProfibuS一DP/PACOUPLER地址設置重復導致總線不能正常工作。對此，在Profibus-DP/PALINK上設置DP/PACOUPLER地址（此時DP/PACOUPLER上的地址撥碼盤不生效）,并且與就地設備地址不重復。同時，也可以在就地或在DCS上利用PDM軟件檢查地址，并對其更改。
　　
　　（6）GSD文件不正確。對此，檢查GSD文件的版本，GSD文件中不能有中文字符存在。
　　
　　（7）控制組態中的參數選擇不正確。對此，在選擇GSD文件后，根據GSD文件說明書選擇正確的參數。
　　
　　（8）美國ABB公司和德國西門子公司生產的氣動定位器控制組態出錯，無法將控制指令發至現場設備。對此，在進行控制組態時根據組態說明書對該氣動定位器組態一位狀態位寫人現場設備。
　　
　　（9）終端電阻安裝、設置不正確。對此，在現場總線箱YLINK或DP/PALINK上和zui后一個設備上將終端電阻設置“ON”。另外，在現場安裝設備過程中不會按照設計鏈路的順序安裝設備，需正確調整終端電阻位置。
　　
　　（10）PA變送器出廠時的默認地址為126，如果就地更改其地址時設置錯誤地址，則無法在線2次修改。對此，只能就地離線修改，把PA電纜拆下，用外供的24DV電源給變送器供電，用就地面板修改地址。
　　
　　五、現場總線應用總結
　　
　　（1）現場總線設計與常規DCS設計區別很大，其受到網段電纜長度的限制，有時還不得不脫離工藝分配要求，如鍋爐側的暖風器疏水箱水位調節閥因距離限制而被分配在汽輪機側控制器中。
　　
　　（2）華能九臺電廠現場總線應用中，有85％以上的問題都由安裝不當引起。可利用BT200Profibus總線物理測試工具對Profibus電纜狀態（電纜斷線／屏蔽故障、電纜之間或者電纜和屏蔽層之間短路、在數據電纜斷線或短路情況下的故障定位、導致故障的反射檢測、電纜更換、已安裝的電纜長度）和從站可訪問的列表、單個從站特定尋址、主站和從站的RS485串行接口等進行檢測。
　　
　　（3）現場總線的抗干擾措施主要有遠離干擾源、現場總線設備和電纜的屏蔽、采用UPS電源或隔離變壓器、采用光纜傳輸信號和良好的接地等。
　　
　　（4）目前，在電廠應用的電動執行機構有EMG、SIPOS、AUMA、ROTOCK等品牌。值得注意的是，各種品牌電動執行機構的診斷信息類別和提取時的尋址相差很大，對診斷信息的提取和信息界面的統一增加了困難。
　　
　　（5）現場總線的基本特點是信號傳輸數字化，可用于設備自診斷、系統調試和管理；同一電纜掛接多臺現場設備，可節省電纜70％～90％。
　　
　　（6）充分發揮現場總線控制系統降低運行維護費用的優勢，實現管理自動化和遠程診斷功能，是現場總線應用zui主要的發展方向。