火電廠現(xiàn)場總線控制問題及解決

一、現(xiàn)場總線特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

目前支持現(xiàn)場總線協(xié)議的DCS有西門子公司的T-3000DCS、美國艾默生公司的Ovation DCS、美國ABB公司的800XA DCS、西安熱工研究院有限公司研發(fā)的FCS165 DCS等。除FCS165 DCS外，其它DCS對現(xiàn)場總線協(xié)議的支持均需增加現(xiàn)場總線通訊卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，這種方案是傳統(tǒng)DCS的功能擴(kuò)展，符合目前現(xiàn)場總線協(xié)議應(yīng)用狀況，即在機(jī)組控制中不是所有控制系統(tǒng)和設(shè)備都采用現(xiàn)場總線技術(shù)，部分系統(tǒng)和設(shè)備保留傳統(tǒng)儀表和非智能設(shè)備。

應(yīng)用在火電廠的現(xiàn)場總線協(xié)議有Profibus和FF2種，在2種協(xié)議中以Profibus協(xié)議構(gòu)建的控制網(wǎng)絡(luò)為主，F(xiàn)F協(xié)議只在山東鄒縣電廠和華能海門電廠中為數(shù)不多的設(shè)備上應(yīng)用。應(yīng)用現(xiàn)場總線構(gòu)建的控制網(wǎng)絡(luò)開始在電廠輔助車間控制系統(tǒng)應(yīng)用，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于機(jī)組控制系統(tǒng)，并且應(yīng)用的范圍越來越廣，從早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DAS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)到現(xiàn)在的鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)均采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

二、應(yīng)用中存在的問題及對策

2.1 總線類型的選擇

(1)確定采用現(xiàn)場總線的應(yīng)用范圍、總線設(shè)備和儀表所占的比例、I/O中控制與安全區(qū)域的比例。

(2)從功能上考慮基本的I/O信息、總線供電、總線設(shè)備，其中包括設(shè)備的總線協(xié)議、同一總線上不同生產(chǎn)廠家制造的智能設(shè)備、總線通訊電纜長度、冗余和診斷功能。如果設(shè)備處在危險(xiǎn)區(qū)域，應(yīng)考慮采用具有本安特性的總線。

(3)為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，事件順序記錄 (SOE)功能、FSSS、汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)、給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng) (MEH)以及其它快速控制系統(tǒng)等不易采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

任何一種類型的現(xiàn)場總線都不能涵蓋電廠所有的控制范圍，不同類型的現(xiàn)場總線混合應(yīng)用將是趨勢。目前，現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用還局限于傳統(tǒng)DCS加現(xiàn)場總線通訊卡的方式，總線類型的選擇受限于DCS的支持協(xié)議類型。

2.2 電纜的設(shè)計(jì)

因有關(guān)現(xiàn)場總線的設(shè)計(jì)分工不明確，造成了現(xiàn)場總線電纜不能完全符合設(shè)計(jì)規(guī)范，出現(xiàn)干擾和網(wǎng)段速度降低的問題。對此，應(yīng)規(guī)范電纜的設(shè)計(jì)。不同速率的現(xiàn)場總線網(wǎng)段最大長度如表1所示(長度可采用中繼器來延長)。

電纜分類為：

(l)第一類 現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)電纜(例如：Profi-bus、 AS一i、Ethernet等)，用于數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠帘坞娎|(例如打印機(jī)、RS232等電纜)，屏蔽的低電壓(≤25V)模擬和數(shù)字信號電纜，低電壓(≤60V)供電電纜，同軸信號電纜。

(2)第二類 直流電源(≤60V，≤400V)供電電纜，交流電源(>25V，≤40OV)供電電纜。

(3)第三類 交、直流電源(>400V)供電電纜，電話線電纜。

(4)第四類具有雷擊危險(xiǎn)的前三類電纜(例如連接在不同建筑物之間)。

布線原則為同一類型的電纜可以布置在一起，且同方向的電纜可布置在同一個電纜槽內(nèi)。不同種類的電纜相互之間必須保持一定的距離，并且當(dāng)它們相互交叉時(shí)必須正交交叉，不能有任何平行(即便是很短的距離)排列。不同類型電纜相互之間的最小距離如圖1所示。

2.3 電纜與現(xiàn)場總線設(shè)備的連接

Profibus-DP設(shè)備的接口通常為9針D型連接器，D型連接器有1個進(jìn)口和1個出口，通過D型連接器連接的設(shè)備接入或退出不影響網(wǎng)段電纜的連通。但是，有些總線設(shè)備的通訊接口設(shè)計(jì)為普通接線端子，通訊電纜接在設(shè)備的端子上，當(dāng)設(shè)備因故障需要更換時(shí)，則故障設(shè)備之后的通訊電纜會斷開，從而造成通訊中斷。對此，電纜與現(xiàn)場總線設(shè)備應(yīng)采用D型連接器連接。

2.4 故障替換

(l)傳統(tǒng)設(shè)備故障替換時(shí)，只要設(shè)備類型、規(guī)格與故障設(shè)備一致，替換后重新將I/O電纜接入，經(jīng)過簡單調(diào)試，系統(tǒng)便可正常工作，DCS控制組態(tài)無需修改?，F(xiàn)場總線設(shè)備發(fā)生故障替換時(shí)具有2種情況，一是替換設(shè)備與故障設(shè)備類型、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家一致，且不用更換驅(qū)動文件(GSD)文件，替換后控制組態(tài)無需修改;二是替換設(shè)備與故障設(shè)備類型、型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠家一致，不同GSD文件，替換后需要 DCS 重新組態(tài)和調(diào)試(包括設(shè)備調(diào)試)。故障設(shè)備與不同廠家，且類型、規(guī)格相同的設(shè)備或者同一廠家且類型、規(guī)格不同的設(shè)備替換后簡單調(diào)試無法使其正常工作，其原因在于現(xiàn)場總線智能設(shè)備的GSD文件不同，則設(shè)備的信號定義也就不同，從而沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。對此，須對現(xiàn)場總線的智能設(shè)備制定信號傳輸?shù)囊?guī)范，明確同一類型、規(guī)格設(shè)備的傳輸信號種類、數(shù)量、信號傳送的順序，即同一種類型、規(guī)格的現(xiàn)場總線智能設(shè)備的傳輸信號種類、信號傳送的順序必須一致。

(2)現(xiàn)場總線設(shè)備(智能儀表、電動門等)的更新?lián)Q代速度比DCS快，使得DCS不支持最新生產(chǎn)的現(xiàn)場智能設(shè)備。在DCS中正常使用現(xiàn)場智能設(shè)備，需要設(shè)備驅(qū)動軟件，而DCS不是一個統(tǒng)一、開放的系統(tǒng)，需要對DCS升級來支持新的現(xiàn)場總線設(shè)備。當(dāng)采用FF總線協(xié)議組成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時(shí)，這種現(xiàn)象尤為突出。對此，可對DCS進(jìn)行相應(yīng)的測試和系統(tǒng)升級，提高DCS對現(xiàn)場智能設(shè)備支持的能力。

三、結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)的精髓在于全部信息化和智能化，現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模越大，對提高機(jī)組控制性能及節(jié)省總體費(fèi)用(包括設(shè)計(jì)，施工，維護(hù)等)的優(yōu)勢越加明顯。