火电厂现场总线控制存在问题及对策

    一、现场总线特点及其应用现状     随着现场总线技术的不断成熟，支持现场总线技术协议的产品越来越多，为现场总线技术的应用奠定了良好的基础。与传统的DCS相比，现场总线技术具有如下特点。     (l）全数字化 传统DCS的模拟量信号为4～20mA ，现场总线采用数字信号取代了4～20mA信号，使得模拟量信号的纠错、检错得以实现，信号的传输更加可靠。     (2）互操性和互用性 互操性是指相互连接的设备之间、系统之间信息的传送和沟通，互用性是指不同厂家性能类似的产品可互相替换。     (3）高度分散性 现场总线的控制具有完全分散式的结构，控制功能由现场设备实现，过程控制功能由安装在控制室的控制系统实现。     目前支持现场总线协议的DCS有西门子公司的T-3000DCS、美国艾默生公司的Ovation DCS、美国ABB公司的800XA DCS、西安热工研究院有限公司研发的FCS165 DCS等。除FCS165 DCS外，其它DCS对现场总线协议的支持均需增加现场总线通讯卡进行数据通讯，这种方案是传统DCS的功能扩展，符合目前现场总线协议应用状况，即在机组控制中不是所有控制系统和设备都采用现场总线技术，部分系统和设备保留传统仪表和非智能设备。 　　应用在火电厂的现场总线协议有Profibus和FF2种，在2种协议中以Profibus协议构建的控制网络为主，FF协议只在山东邹县电厂和华能海门电厂中为数不多的设备上应用。应用现场总线构建的控制网络开始在电厂辅助车间控制系统应用，现已逐步应用于机组控制系统，并且应用的范围越来越广，从早期的数据采集系统（DAS）、顺序控制系统（SCS）到现在的锅炉安全监控系统（FSSS）、模拟量控制系统（MCS）均采用现场总线技术。     二、应用中存在的问题及对策     2.1 总线类型的选择     (1）确定采用现场总线的应用范围、总线设备和仪表所占的比例、I/O中控制与安全区域的比例。     (2）从功能上考虑基本的I/O信息、总线供电、总线设备，其中包括设备的总线协议、同一总线上不同生产厂家制造的智能设备、总线通讯电缆长度、冗余和诊断功能。如果设备处在危险区域，应考虑采用具有本安特性的总线。     (3）为了保证机组的安全运行，事件顺序记录 (SOE）功能、FSSS、汽轮机紧急跳闸系统（ETS）、数字式电液控制系统（DEH）、给水泵汽轮机电液控制系统 (MEH）以及其它快速控制系统等不易采用现场总线技术。     任何一种类型的现场总线都不能涵盖电厂所有的控制范围，不同类型的现场总线混合应用将是趋势。目前，现场总线技术应用还局限于传统DCS加现场总线通讯卡的方式，总线类型的选择受限于DCS的支持协议类型。     2.2 电缆的设计     因有关现场总线的设计分工不明确，造成了现场总线电缆不能完全符合设计规范，出现干扰和网段速度降低的问题。对此，应规范电缆的设计。不同速率的现场总线网段最大长度如表1所示（长度可采用中继器来延长）。                         电缆分类为：     (l）第一类 现场总线和局域网电缆（例如：Profi-bus、 AS一i、Ethernet等），用于数字式数据传输的屏蔽电缆（例如打印机、RS232等电缆），屏蔽的低电压（≤25V）模拟和数字信号电缆，低电压（≤60V）供电电缆，同轴信号电缆。     (2）第二类 直流电源（≤60V，≤400V）供电电缆，交流电源（＞25V，≤40OV）供电电缆。     (3）第三类 交、直流电源（＞400V）供电电缆，电话线电缆。     (4）第四类具有雷击危险的前三类电缆（例如连接在不同建筑物之间）。     布线原则为同一类型的电缆可以布置在一起，且同方向的电缆可布置在同一个电缆槽内。不同种类的电缆相互之间必须保持一定的距离，并且当它们相互交叉时必须正交交叉，不能有任何平行（即便是很短的距离）排列。不同类型电缆相互之间的最小距离如图1所示。                         2.3 电缆与现场总线设备的连接     Profibus-DP设备的接口通常为9针D型连接器，D型连接器有1个进口和1个出口，通过D型连接器连接的设备接入或退出不影响网段电缆的连通。但是，有些总线设备的通讯接口设计为普通接线端子，通讯电缆接在设备的端子上，当设备因故障需要更换时，则故障设备之后的通讯电缆会断开，从而造成通讯中断。对此，电缆与现场总线设备应采用D型连接器连接。     2.4 故障替换     (l）传统设备故障替换时，只要设备类型、规格与故障设备一致，替换后重新将I/O电缆接入，经过简单调试，系统便可正常工作，DCS控制组态无需修改。现场总线设备发生故障替换时具有2种情况，一是替换设备与故障设备类型、型号、规格、生产厂家一致，且不用更换驱动文件（GSD）文件，替换后控制组态无需修改；二是替换设备与故障设备类型、型号、规格、生产厂家一致，不同GSD文件，替换后需要 DCS 重新组态和调试（包括设备调试）。故障设备与不同厂家，且类型、规格相同的设备或者同一厂家且类型、规格不同的设备替换后简单调试无法使其正常工作，其原因在于现场总线智能设备的GSD文件不同，则设备的信号定义也就不同，从而没有统一的标准和规范。对此，须对现场总线的智能设备制定信号传输的规范，明确同一类型、规格设备的传输信号种类、数量、信号传送的顺序，即同一种类型、规格的现场总线智能设备的传输信号种类、信号传送的顺序必须一致。     (2）现场总线设备（智能仪表、电动门等）的更新换代速度比DCS快，使得DCS不支持最新生产的现场智能设备。在DCS中正常使用现场智能设备，需要设备驱动软件，而DCS不是一个统一、开放的系统，需要对DCS升级来支持新的现场总线设备。当采用FF总线协议组成的现场总线控制系统时，这种现象尤为突出。对此，可对DCS进行相应的测试和系统升级，提高DCS对现场智能设备支持的能力。     三、结语     (1）目前，现场总线技术的应用缺乏与之相对应的设计规范、安装、智能设备的数据传输、通讯接口等要求，从而在工程应用中造成一些问题。相关标准和规范的制定及落实对于充分发挥现场总线技术的特点和优势起着重要的作用。     (2）随着数字技术的发展，各种功能更加强大的现场仪表和功能模块不断产生，现场总线为实现全数字化电厂打下了基础。     (3）现场总线技术的精髓在于全部信息化和智能化，其对设备信息的整合、处理将极大地改变电厂对设备的管理维护模式，提高设备的使用年限，降低维护成本。现场总线技术应用的规模越大，对提高机组控制性能及节省总体费用（包括设计，施工，维护等）的优势越加明显。