浅谈现场总线技术在榆能榆神电厂的应用

浅谈现场总线技术在榆能榆神电厂的应用

成加兵

（中能建西北电力建设第一工程有限公司陕西渭南714000）

摘要：本文主要叙述Profibus现场总线的特点及其优势，讨论现场总线技术在电厂中的应用范围、方式，强调了现场总线技术在应用中注意的问题。

关键词：现场总线；DCS；Profibus；电厂应用

1、引言

现场总线技术的出现，推动了现场智能设备和智能仪表的发展，促进了传统DCS系统和PLC系统的融合，并推动了FCS的出现、发展和广泛应用。FCS控制系统比常规传统DCS系统更好地体现了“信息集中，控制分散”的思想。它具有非常突出的特点，即开放性、数字化、双向通信、多站点、互操作性、智能化等；采用现场总线技术后，使控制系统从设计、安装、运行到检修维护，都具有优越性；现场总线技术不仅仅节省了电缆、桥架等数量，还能给电厂带来信息化的好处，现场总线型智能设备可以将大量现场信息送至电厂管理信息网，实现电厂综合自动化。

2、现场总线系统的结构特点和优势

2.1Profibus现场总线结构介绍

Profibus是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为重要的和应用最广泛的现场总线标准。Profibus现场总线通讯协议包括三个主要部分：ProfibusDP主要用于自动化系统中单元级和现场级通信，ProfibusPA主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯，ProfibusFMS主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。采用Profibus现场总线的控制系统可以分成现场控制层、监控层和企业管理层三层。现场控制层由现场智能设备、现场智能仪表、远程I/O和网路设备构成，涉及Profibus-DP和Profibus-PA两个协议部分，Profibus-DP是高速网络，可以连接远程I/O、执行机构、智能马达控制器、人机界面HMT、阀门定位器、变频器等智能设备；Profibus-PA是低速现场网络，主要用于连接现场智能仪表，如压力、温度、液位、流量等变送器及其执行机构等。

2.2Profibus现场总线的优点

a、节省硬件数量与投资

由于现场总线系统中分散在现场的智能设备能直接执行多种传感器控制报警和计算功能，因而可减少DCS前变送器的数量，不再需要DCS系统中的信号调理、转换、隔离等功能单元，大量从过程现场至DCS的信号电缆可以省去，从而节省了一大笔硬件投资，并可减少集中控制室的占地面积。

b、节省安装费用

现场总线系统的接线十分简单，一对通讯电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、桥架、槽盒、安装钢材的用量大大减少，接线、校线的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的通讯电缆上，即节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。

c、节省维护开销

由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间。同时由于系统结构简化、连线简单而减少了维护工作量。

d、提高了系统的准确性与可靠性

由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传输误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。

此外，由于它的设备标准化、功能模块化，因而还具有设计简单、易于重构等优点。

3、现场总线技术在榆能榆神电厂的应用

本期建设规模为2*350MW超临界燃煤间接空冷机组，DCS采用GE新华控制系统，Profibus总线技术在榆能榆神电厂的应用分为两种情况，一种是简单的采用Profibus总线通讯，通过Profibus接口模件，将远程I/O站或者其它系统无缝纳入DCS；另外一种方式是在外围或者主机相对独立的系统中应用了现场总线方案，DCS系统中的一些子系统以FCS来取代。对主机部分独立系统、锅炉补给水系统、循环水系统、再生水系统、废水处理系统、间冷系统等采用了现场总线技术，实现了就地设备状态远程控制、诊断及遇见性维护等多项功能；总线设备包括智能变送器、料位测量元件、马达控制器、电动门和电动调节们、阀门定位器、就地PLC、变频器、质量流量计、分析仪表等。例如在锅炉补给水系统中，有大量的测量仪表、分析仪表、气动隔膜阀、电机等，适合发挥现场总线的优点，此系统中采用了适合于现场层高速传输数据隔膜阀的Profibus-DP总线控制，通过Profibus现场总线接入化水DCS系统。由于要实现测量值和状态传输，接入DCS系统的变送器的信号采用支持Profibus-PA现场总线的智能变送器，选用支持Profibus-PA现场总线的气动门接入。电动门也选用支持冗余Profibus的现场总线执行机构接入。挂接在现场总线上的所有变送器都由总线供电，总线链路接口和总线电源均为冗余配置，执行机构也连接在冗余总线上。

4、应用体会、存在的问题

4.1冗余问题

现场总线设计对低速部分是不要冗余的，因为现场总线已经分散了危险，现场仪表在现场可以自成调节回路而实现自主调节。虽然是这样，但是没有冗余功能，一旦总线故障，虽然可以完全依靠就地来完成功能调节，却无法让运行人员监视到全系统运行状况，按照热控的检修标准在控制系统机组主要运行参数没有监视时，就应停止机组运行，所以要想达到安全的目的，我们采用了AP和双总线的冗余配置，这在一定程度上抵消了现场总线节省布线的优点，增加了工程造价。今后结合电厂的实际情况，采取什么样的冗余方案，值得探讨。

4.2对机组保护设计应重点考虑

电厂中热控最重要的是对热控保护的严格设计，防止保护不发生勿动同时也要保证保护不发生拒动，要求在控制系统的IO卡件以及设备上要求采用三取二的要求：如给水流量、炉膛负压的设计在DCS上要求现场的三个设备分部进入三个不同的IO卡件中，三个不同的卡件分属不同的控制器，达到保护不因为一个设备、一个卡件、一个控制器的故障而导致的保护误动现象。现场总线对这方面应该着重考虑，由于现场总线布置需要我们改变这种设计，否则就要增加费用，如就地设备需要在就地完成三取二功能，而且信号需要分别与三条就地总线到达三个控制柜，这无疑增加了工作量，同时也增加了费用。现场总线还有一定的缺陷，所以在电厂中它主要用在监视系统、非保护系统及外围设备上，不会应为缺陷和停运造成大的影响。

5、结束语

现场总线控制系统已经成为一种成熟的控制系统，在电厂中应用现场总线控制系统的条件已经成熟，也是企业信息集成化的需要，选用带总线接口的仪表、执行机构、变频器、智能马达控制器、阀门控制器等条件已经成熟，但也需要在电厂工程实践中不断扩大应用范围和进行试点等努力。总之现场总线技术在电厂的应用能改善电厂的自动化和信息化结构，降低工程造价，提高电厂自动化和信息化管理水平，火电厂应用现场总线技术的趋势是明显的，应用份额正逐步增大，另外，双向数字通信的现场总线信号的先进性本质，必将会给火电厂安全经济运行带来实实在在的效益。

参考文献

[1]阳宪惠主编，现场总线技术及其应用第2版，清华大学出版社，2008-10.

[2]陆会明，现场总线控制仪表，机械工业出版社，2012-10.

[3]白焰等，分散控制系统与现场总线控制系统，中国电力出版社，2001-03.