火電廠(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制問(wèn)題及解決

一、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

目前支持現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的DCS有西門(mén)子公司的T-3000DCS、美國(guó)艾默生公司的Ovation DCS、美國(guó)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的支持均需增加現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)和華能海門(mén)電廠(chǎng)中為數(shù)不多的設(shè)備上應(yīng)用。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)構(gòu)建的控制網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始在電廠(chǎng)輔助車(chē)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(lái)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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。

二、應(yīng)用中存在的問(wèn)題及對(duì)策

2.1 總線(xiàn)類(lèi)型的選擇

(1)確定采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用范圍、總線(xiàn)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(xiàn)供電、總線(xiàn)設(shè)備，其中包括設(shè)備的總線(xiàn)協(xié)議、同一總線(xiàn)上不同生產(chǎn)廠(chǎng)家制造的智能設(shè)備、總線(xiàn)通訊電纜長(zhǎng)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(xiàn)。

(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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。

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

2.2 電纜的設(shè)計(jì)

因有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的設(shè)計(jì)分工不明確，造成了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(wèn)題。對(duì)此，應(yīng)規(guī)范電纜的設(shè)計(jì)。不同速率的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段最大長(zhǎng)度如表1所示(長(zhǎng)度可采用中繼器來(lái)延長(zhǎng))。

電纜分類(lèi)為：

(l)第一類(lèi) 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(hào)電纜，低電壓(≤60V)供電電纜，同軸信號(hào)電纜。

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

(3)第三類(lèi) 交、直流電源(>400V)供電電纜，電話(huà)線(xiàn)電纜。

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

布線(xiàn)原則為同一類(lèi)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(gè)電纜槽內(nèi)。不同種類(lèi)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(lèi)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(chǎng)總線(xiàn)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(gè)進(jìn)口和1個(gè)出口，通過(guò)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(xiàn)設(shè)備的通訊接口設(shè)計(jì)為普通接線(xiàn)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(huì)斷開(kāi)，從而造成通訊中斷。對(duì)此，電纜與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(lèi)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(guò)簡(jiǎn)單調(diào)試，系統(tǒng)便可正常工作，DCS控制組態(tài)無(wú)需修改?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(lèi)型、型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠(chǎng)家一致，且不用更換驅(qū)動(dòng)文件(GSD)文件，替換后控制組態(tài)無(wú)需修改;二是替換設(shè)備與故障設(shè)備類(lèi)型、型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)家，且類(lèi)型、規(guī)格相同的設(shè)備或者同一廠(chǎng)家且類(lèi)型、規(guī)格不同的設(shè)備替換后簡(jiǎn)單調(diào)試無(wú)法使其正常工作，其原因在于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能設(shè)備的GSD文件不同，則設(shè)備的信號(hào)定義也就不同，從而沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。對(duì)此，須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的智能設(shè)備制定信號(hào)傳輸?shù)囊?guī)范，明確同一類(lèi)型、規(guī)格設(shè)備的傳輸信號(hào)種類(lèi)、數(shù)量、信號(hào)傳送的順序，即同一種類(lèi)型、規(guī)格的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能設(shè)備的傳輸信號(hào)種類(lèi)、信號(hào)傳送的順序必須一致。

(2)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備(智能儀表、電動(dòng)門(mén)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(chǎng)智能設(shè)備。在DCS中正常使用現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，需要設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件，而DCS不是一個(gè)統(tǒng)一、開(kāi)放的系統(tǒng)，需要對(duì)DCS升級(jí)來(lái)支持新的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備。當(dāng)采用FF總線(xiàn)協(xié)議組成的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)時(shí)，這種現(xiàn)象尤為突出。對(duì)此，可對(duì)DCS進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試和系統(tǒng)升級(jí)，提高DCS對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備支持的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的精髓在于全部信息化和智能化，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模越大，對(duì)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(shì)越加明顯。