現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠輔控系統(tǒng)應(yīng)用探討

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1、現(xiàn)場總線技木在火電廠輔控系統(tǒng)應(yīng)用探討作者：吳忠勝1，曾衛(wèi)東3，白玉鋒2，薛憲民1，金鍵2，蔡斯龍2摘要：結(jié)合現(xiàn)場總線在國內(nèi)大型火電機(jī)組輔助控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例，對在設(shè)計(jì)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備選型、總線型受控設(shè)備投入率、網(wǎng)絡(luò)電纜走向及其橋架設(shè)計(jì)等存在的典型問題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了解決辦法。???現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）作為一種全新型控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)見性設(shè)備狀態(tài)維修，從而極大地提升了火電機(jī)組自動控制和信息管理決策水平。FCS以其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的優(yōu)勢，在國內(nèi)已被應(yīng)用于1000MW和600MW火電機(jī)組，為最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電廠的目標(biāo)打下了基礎(chǔ)。1FCS的組成???火電廠輔助車間的FCS

2、包括人機(jī)界面、處理器(CPU)、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)場總線儀表、現(xiàn)場總線控制設(shè)備和驅(qū)動設(shè)備控制系統(tǒng)，由工業(yè)以太網(wǎng)、ProfibusDP、Profibus-PA建立了完整的FCS通訊網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)CS集成了符合Profibus標(biāo)準(zhǔn)的不同公司的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互操。FCS典型配置見圖1。???????????????由圖1可見，F(xiàn)CS集成了進(jìn)口或國產(chǎn)的不同公司的現(xiàn)場總線智能儀表設(shè)備，其主要包括：CPU控制器、電動機(jī)控制單元（智能馬達(dá)控制器）、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動閥門電磁閥島、變頻器、壓力（差壓）變送器、電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、pH計(jì)、濁度儀、導(dǎo)電度、溫度變送器、磁翻版液位計(jì)

3、。2FCS設(shè)計(jì)2.1就地設(shè)備的選型???在總線設(shè)備選型時應(yīng)充分考慮支持現(xiàn)場總線協(xié)議的設(shè)備種類。至今國際上還未將總線標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，造成儀表開發(fā)成本高，種類少。此外，由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，理論上可以接入現(xiàn)場總線的就地設(shè)備，在實(shí)際接入過程中也存在諸多問題。目前發(fā)電廠現(xiàn)場總線對就地進(jìn)口設(shè)備選型均采用預(yù)先經(jīng)過了試驗(yàn)室檢驗(yàn)的方法，在設(shè)備安裝之前就解決了所有通訊匹配問題。???國產(chǎn)現(xiàn)場總線設(shè)備發(fā)展快速，但是產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定。例如：(l)某電廠江邊補(bǔ)水泵房系統(tǒng)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用上海某廠的產(chǎn)品，出現(xiàn)了個別電動閥開關(guān)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，更換總線控制電子線路板后正常；(2)電動機(jī)類設(shè)備采用蘇州某廠的產(chǎn)品，其某種型

4、號的產(chǎn)品由于通訊規(guī)約的問題無法與SIEMENS的PLC通訊，最終只能下裝同一種型號的通訊軟件加以解決。比較而言，國產(chǎn)設(shè)備較進(jìn)口設(shè)備粗糙、無系統(tǒng)化、產(chǎn)品更新?lián)Q代慢。2.2總線型受控設(shè)備投入率???對某電廠現(xiàn)場所有的受控設(shè)備進(jìn)行了投入率的計(jì)算，結(jié)果為：江邊補(bǔ)水泵房71.4%，凈水站85%，工業(yè)廢水100％。造成投入率下降的主要原因有：(1)供貨商提供的設(shè)備中有少量外購的成套設(shè)備，此部分設(shè)備在設(shè)計(jì)時配合不良；(2)溫度測點(diǎn)較多的系統(tǒng)如江邊補(bǔ)水泵房投入率較低，可考慮不采用現(xiàn)場總線設(shè)備，因?yàn)闇囟葴y點(diǎn)較簡單，無太多的附加信息，且?guī)Э偩€的溫度變送器成本較傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻昂貴，而不采用帶

5、總線的溫度變送器后江邊補(bǔ)水泵房投入率為92％；(3)上述3個系統(tǒng)均包含有6kV設(shè)備。依據(jù)設(shè)備的重要性，6kv設(shè)備采用傳統(tǒng)的硬接線方式。2.3網(wǎng)絡(luò)電纜的走向及橋架的設(shè)計(jì)???采用FCS，使得電氣和熱工的控制電纜大幅減少。由于現(xiàn)場總線必須根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的類型、安裝位置、支持何種總線接口、工藝系統(tǒng)的歸屬等進(jìn)行包括測點(diǎn)位置、通訊電纜的三維走向、通訊鏈路的長度、每條鏈路掛接設(shè)備數(shù)量和種類的設(shè)計(jì)。通訊速率是總線方式能否滿足工藝要求的決定性指標(biāo)。ProfibuS-PA總線的傳輸距離最大為1900m，傳輸介質(zhì)為雙絞線；以冗余Profibus-DP光環(huán)連接主站(PLC)與各DP支路鏈路器從站組成

6、系統(tǒng)主控通信網(wǎng)，速率可達(dá)12Mbit/s;DP支路鏈路器分布在現(xiàn)場，其速率可達(dá)0.18-1.5Mbit/S，用于連接DP現(xiàn)場儀表、設(shè)備和PA儀表，形成設(shè)備級通訊網(wǎng)?？偩€通訊的速率和通訊電纜長度成反比（同一頻率），為了提高通訊速率應(yīng)盡可能將通訊電纜長度縮短。通訊電纜長度又取決于每條總線掛接設(shè)備的數(shù)量和位序，掛接在總線的設(shè)備數(shù)量和位序應(yīng)與整個工藝流程相協(xié)調(diào)，并將通訊電纜故障中斷后的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。2.4變頻器干擾???在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，若現(xiàn)場總線支路上帶有變頻器，在變頻器起動時會對總線產(chǎn)生較大干擾。分析發(fā)現(xiàn)變頻器柜內(nèi)未安裝輸入輸出濾波器，導(dǎo)致變頻器瞬間干擾過大。對此，將變頻器柜單獨(dú)安置

7、在距其它總線設(shè)備較遠(yuǎn)的位置或者加裝輸入輸出濾波器后，干擾消除。2.5現(xiàn)場設(shè)備巨量信息的管理???現(xiàn)場總線的最大優(yōu)勢就是提供的信息較豐富，每一個變送器都可以帶來很多個傳統(tǒng)意義上的I/O信息。差壓變送器的上傳信息既有介質(zhì)差壓、流量，也有介質(zhì)溫度以及變送器自身故障信息；電動機(jī)控制模塊的信息量更加豐富，其包括電動機(jī)的起動次數(shù)、電阻值、運(yùn)行小時數(shù)、最后一次過載值等。巨量現(xiàn)場設(shè)備信息對運(yùn)行狀態(tài)分析和設(shè)備壽命管理提供了很大幫助，但是這些現(xiàn)場智能設(shè)備的信息如不經(jīng)過篩選直接顯示在監(jiān)控畫面上，將成為垃圾信息，所以在設(shè)計(jì)階段