浅谈现场总线控制技术在火电厂中的应用

常治国

摘要：文章介绍了杭州和利时自动化有限责任公司的现场总线控制技术在国内某2*660MW火电燃煤机组中的应用，并从多个方面阐述了现场总线控制技术相对于传统DCS控制技术的优缺点。

关键词：现场总线控制技术；火电厂；火电燃煤机组；工业通讯系统；传输介质 文献标识码：A

中图分类号：TP336 文章编号：1009-2374（2015）34-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.024

1 概述

现场总线技术是工业通讯系统，它使用一类传输介质（如双绞线、光纤等），用比特串传输，将分散的现场设备（如传感器、执行机构、驱动器、变送器）连线到中央控制或管理系统。常见的现场总线有PROFIBUS、MODBUS、FF、CONTROL NET。杭州和利时自动化有限责任公司现场总线的现场是基于PROFIBUS。

2 简要介绍

某火电2*660MW燃煤机组分散控制系统（DCS系统版本V6.5.2 Build 180控制器为SM220，现场总线控制策略约占全部控制系统的80%左右）：

2.1 DCS系统规模

锅炉（含吹灰、脱销）：常规I/O点3429点，DP设备126个，PA设备220个。汽机（含MEH）：常规I/O点1908点，DP设备99个，PA设备160个。电气：常规I/O点775点。

2.2 DCS系统设计

系统网：4个操作员站，1个工程师站，2台历史站，1个SIS接口站，2台通讯站。控制网：配置31个控制站，其中锅炉15个站，含1个远程I/O站，1个吹灰站，1个脱销站；汽机12个站，含1个远程I/O站，2个MEH站；电气4个站。总线网段设计：用于现场总线控制的控制器已经考虑在常规DCS系统的16个控制站中。单元机组配置PA子网76个，DP子网73个。

2.3 杭州和利时自动化有限责任工作现场总线技术简介

PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（DP主站为索取数据的站、DP从站为提供数据的站）、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。杭州和利时自动化有限责任公司的现场总线协议主要用到以下协议：DP（Decentralized Peripherals），传输速度快，数据信息量大。主要用于DCS系统内以及DCS与阀岛、变频器、智能马达控制器、现场执行机构之间的通讯；PA（Process Automation），传输速度较慢，数据信息量较小，总线控制系统可以给就地仪表供电。主要用于DCS与现场仪表的通讯。

3 现场总线控制技术与常规DCS控制系统比较

自2013年以来，某火电燃煤机组现场总线控制系统随主机平稳地运行了两年，期间从未发生过一起因现场总线控制系统所引起的机组非停事故，总结其与传统DCS控制系统比较有如下优点：

第一，采用现场总线控制技术比传统的DCS控制系统节约了大部分工程造价，如电缆、电缆桥架、工作量等。

第二，现场总线控制技术比传统的DCS有更为强大的自诊断功能，当其任一条现场总线故障后现场总线控制系统的自诊断信息会将其故障信息全部显示在总线控制系统的上位机上。无需特殊的操作，检修技术人员就能清晰地得知故障信息，使检修技术人员能够迅速处理故障源。

第三，由于现场总线控制技术的公用线采用带终端电阻式的串连方式，当系统故障时，把故障设备隔离后不影响整条线路上其他设备的正常工作，而DCS系统公用线故障时处理比较繁琐。

第四，现场总线控制系统所控制的就地设备严重故障后能随意更换带有现场总线功能的设备，更换后组态工作比较简便，只需在线下将设备调试完毕，将设备接入系统就可完成更换。而传统的DCS控制技术更换就地设备需要DCS系统多次改变给定值，并根据给定值调节反馈值，更换操作步骤较多。

第五，现场总线控制技术对现场施工和检修的工艺要求比较高，尤其是现场总线控制技术用于通讯的双绞线的屏蔽线接线方法，对现场技术人员技术水平要求较高，一般现场技术人员没有经过厂家长时间的专业培训无法胜任此工作。而传统的DCS对施工时的技术水平要求不是很高，检修技术人员很快就能熟练地掌握其施工技术。

第六，现场总线控制技术抗干扰能力较差，尤其是在变频器附近敷设双绞线时，不仅要求双绞线的屏蔽层可靠接地，而且还要求变频器接地端时刻可靠接地。

第七，由于现场总线控制技术的DP总线属于高速数据传输总线，因此采用常规远距离的DP总线链接DP网段时对接地的要求很高，而且需要等电势接地才能避免高频干扰。传统的DCS控制技术只需要满足单点接地的要求即可。相对于传统的DCS控制无形中增加了工作量。

第八，现场总线控制技术现场安装的总线控制柜有的温度较高、有的温度较低，为避免影响设备使用寿命，厂家在就地控制柜内安装了智能温控系统。传统的DCS控制柜不提供此项功能，如果需要此功能，现场技术人员要根据现场实际要求自行设计解决，无形中增大了现场技术人员的工作量。

第九，现场总线控制的上级控制器死机后现场就地设备能够完成控制器组态下达的任务，而当传统的DCS控制系统出现控制器死机后只能采取强送电或者带病运行择机检修的技术手段。

第十，现场总线控制系统设备管理软件功能强大，可以方便地读取总线及设备信息，完成设备的远程参数修改，并且在后期可以进行总线的二次开发，以满足数字化电厂的需求，这些是DCS系统所做不了的。

第十一，现场总线控制技术与常规4～20mA控制兼容，如就地电动执行机构现场总线控制方式失灵（极端的通讯断路），杭州和利时现场总线技术支持由现场总线控制无扰切换至常规4～20mA控制策略。

第十二，传统的DCS技术规范中对现场信号的采集周期要求为模块模拟量输入每秒至少扫描和更新4次，所有数字量输入每秒至少扫描和更新10次，为满足某些需要快速处理的控制回路要求，其模拟量输入信号应达到每秒扫描8次，数字量输入信号应达到每秒扫描20次，而采用现场总线控制技术对复杂的就地设备进行控制时其扫描周期最大值约为123ms，分辨率远远优于传统的DCS控制系统要求。

第十三，采用现场总线技术后涉及现场总线技术的设备，两年来除日常停机检修工作以外未增加一起额外的现场维护工作，相比于传统的DCS控制设备维护量显著下降。

第十四，采用现场总线技术的控制方案其控制器内组态与原来系统组态方式一致，与传统DCS系统组态工作相比增加了现场总线设备内的部分组态工作。

第十五，采用现场总线控制技术的控制方案要求就地设备具有现场总线功能，而具有现场总线控制功能的设备造价一般是传统设备的2～3倍，增加了部分工程

造价。

4 结语

本文以现场总线控制技术在某2*660MW火电燃煤机组实际应用为例，介绍了现场总线控制技术在火电厂应用的范围，并与传统的DCS进行多方位的对比，指出了现场总线控制技术的利弊。

参考文献

[1] 火力发电厂热工自动化系统检修运行维护规程（DL/T 774-2004）[S].

作者简介：常志国（1984-），男，大唐陕西发电公司延安热电厂生产准备部助理工程师，研究方向：火电厂热工自动控制等。

（责任编辑：陈 洁）