PROFIBUS DP现场总线在火电机组的应用

邱深辰，罗浩，王异成

（1.杭州意能电力技术有限公司，杭州310014；

2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

PROFIBUS DP现场总线在火电机组的应用

邱深辰1，罗志浩2，王异成2

（1.杭州意能电力技术有限公司，杭州310014；

2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

对PROFIBUS DP现场总线在660 MW超超临界燃煤机组的应用情况、现场调试以及问题处理情况进行介绍和总结，以期为发电厂DP现场总线的推广应用及实际工作提供借鉴。

发电厂；PROFIBUS DP；现场总线

某发电厂新建2台660 MW超超临界燃煤发电机组，除重要保护以及重要设备的控制系统仍采用传统硬接线的方式外，其他系统广泛采用现场总线技术，单元机组总线控制对象数量达近千个。目前，机组已完成满负荷168 h连续试运并移交生产，DCS（分散控制系统）总体运行平稳可靠，现场总线设备通信控制工作正常。

1 DP现场总线概述

DP用于现场层的高速数据传送。主站周期性地读取从站的输入信息并向从站发送输出信息，总线循环时间必须比主站程序循环时间短。可以通过RS-485双绞线、双线电缆或者光纤传输，一般近距离采用RS-485双绞线或者双线电缆，远距离传输时需用光纤，波特率范围从9.6～12 MBit/s，一般选择500 kBit/s。主/从站间采用主-从传送，每段可挂接站点数为32个，最大允许站点数为126个。用户数据点对点传送，控制指令广播传送。每个DP从站的输入/输出数据最大为246字节。

一级DP主站是中央控制器，负责在预定周期内与各分站交换信息；二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，负责DP系统组态，完成系统操作和监视目的。DP从站是就地的I/O设备、驱动器、阀门等，负责输入/输出信息采集和发送。任何一个DP主站均可读取DP从站的输入/输出映象，但只有一个DP主站允许对DP从站写入数据。

DP主/从站间的用户数据传输是由主站按照确定的递归顺序自动进行，分参数整定、组态、数据交换3个阶段。不同厂商的PROFIBUS设备都需提供GSD文件（电子设备数据库文件），GSD文件包含设备的I/O点数、诊断信息、波特率、时间监视等功能参数。

图1为DP总线的硬接线回路示意图，2路DP总线回路冗余配置，分别连接现场总线设备并接入冗余配置的DP卡件，需注意在总线末端接入有源终端电阻。

2 DP现场总线调试

DP现场总线技术主要应用于现场仪表、智能电机控制器、变频器或者采用DP通信协议的PLC（程序控制器）。变送器、气动阀门定位器可通过DP/PA耦合器连接到现场总线上，采用智能电机控制器的低压电气设备因具有现场总线通信接口功能，也可以采用现场总线技术。

以下介绍艾默生OVATION系统DP现场总线设备的调试方法和步骤：

（1）总线设备安装和接线工作完成后，开始设备上电、地址设置、阀门通信方式参数配置、总线接口拨码设置等配置，使用西门子BT200 DP设备手操器进行总线线路的通断检查、屏蔽检查、设备地址扫描等步骤，确保总线上每台设备的地址都能够扫描到，且信号稳定。

（2）打开Ovation Developer Studio软件，找到总线设备所在的Port端口，右键选择Engineer项，并打开Ovation PROFIBUS Module的配置页，完成以下参数配置：

Driver：勾选OCR 400 TCP。

OCR400 TCP：配置扫描范围IP地址，一般按主/备控制器的IP地址进行配置，开始IP为主控制器的地址，结束IP为备用控制器地址，如扫描范围从192.168.4.1至192.168.4.51，扫描时间可设为默认的1 500 ms，也可以根据实际情况调整。

Device Assignment：设备分配选择，主要是配置总线扫描端口路径，路径应匹配总线接入的卡件位置，否则将扫描至其他端口的设备。

Bus Parameters：总线参数设置，总线类型为PROFIBUS DP，波特率默认设定为1 500 kBit/s，可上下调整，建议不低于187.5 kBit/s，其他项默认参数。

（3）总线配置完成后，连接并扫描总线设备。扫描到设备后，可以读取设备的地址、DTM（设备类型）等信息，确认无误后Create Devices创建设备。

（4）创建的设备将在主窗口以图标形式挂在总线下。在Point Assignment列表中找到设备并更改为设计的KKS（设备编码体系）以便识别。如果是在未扫到设备之前进行设备配置，需要手动添加设备厂商类型，修改设备识别地址并添加设备模块。

（5）在控制器的Packed Points文件夹下创建打包点，并将已创建的打包点匹配到每个设备对应的slot通道中，注意数据类型、数据格式、长度，特别是字节顺序是否需要翻转。

图1 DP总线硬接线回路

（6）逻辑组态：在定义了打包点后，需要将输入/输出打包点进行打包与解包组态，并完成相应的逻辑功能组态。输入的打包信号通过UNPACK16算法块解包，根据设备厂家提供的DP通信配置手册查询解包后的数字量信号的含义，每一位字节都代表不同的设备状态信息。输出的信号通过PACK16打包输出，以广播的方式发送数据至设备。另外一些模拟量反馈和指令可以通过SPTOSA和SATOSP算法块进行数据类型转换，并进行相关的数据计算。总之，总线信号的输入/输出应按照设备通信转换的要求完成相应的逻辑组态，同一类型的设备数据转换可以做成宏的形式，根据需求进行宏调用来完成组态。

（7）Load相应的控制器，保持主/备控制器数据一致。

（8）连接设备，进入诊断列表，查看总线诊断信息。主要关注主站运行模式和状态信息，主站在Operate运行模式，说明主站工作正常。Stop模式为主/从站未建立通信，Offline模式则需要检查DP卡件的配置情况；另外在站点诊断栏中，可以读取各个从站设备的通信连接情况，绿色标识即为通信正常。

（9）通信建立后，就能够实现数据交换。在组态中，可以读取从站设备的状态信息，如阀门的开关反馈、报警等信号，并且通过操作员画面输出指令，实现设备控制与监视。

（10）DP设备冗余配置：Profibus DP支持冗余，每个冗余块都位于相同网段上，但是只有1个模块是主模块。其他模块处于备份模式，不控制段。通过网段端口关联，将已完成总线设备扫描、创建、组态的一路设置为冗余A主路，另外一路设置为冗余B备路，备路不需要做组态配置，只需要检查扫描到回路设备。冗余配置后下装控制器，并模拟主路掉线进行冗余切换试验，验证冗余的可靠性。

3 DP现场总线问题分析及处理

3.1 物理层回路故障

在安装接线过程中，由于施工不规范，造成总线物理回路中断、短路，或者屏蔽措施不当，都会影响总线主/从站的通信，调试中主要发现以下问题：

（1）电缆或光纤断路。

一般情况下，主/从站设备距离较近时，会采用RS-485双绞线或双线电缆设计，2路互为冗余的电缆由电子间Profibus现场卡至就地各从站总线设备，最终返回至电子间的有源总线终端器。若主/从站设备相距较远，使用长距离总线电缆信号衰减很大，因此，将远程的总线设备设计为光电转接回路，并在就地配置总线箱，用于信号的转换传输，同时将有源总线终端器安置在就地总线箱。由于回路的连接点较多或敷设不合理，造成电缆光纤损伤甚至断裂，导致总线设备无法通信。检查断线的方法可以用万用表欧姆档或使用专用总线测试工具（如BT200手操器），来测试回路通断，并用分段测回路阻值法，判断回路的故障点，处理后重新检查通断情况。

（2）电缆短路或接地。

在调试过程中，使用西门子BT200手操器检查回路，发现A（-）/B（+）线芯短路，或A/B线芯与屏蔽线短路的情况。正负短路时该网段通信全面故障，容易发觉。而屏蔽短路时会造成部分从站设备通信故障，并且时好时坏，不易判定。现场出现过多次阀门通信板接头处屏蔽层未包扎固定牢固，造成正负线芯与屏蔽线短路的情况。

（3）电缆线芯正负极接反。

总线通信有正负极区分，一般标准双线电缆的红色线芯为B（正极），绿色线芯为A（负极），网段首尾的Profibus连接器内部标注了正负及颜色识别，DP从站设备的通信板接线端子也标注了正负。安装接线必须要严格参照执行，否则会影响通信。

（4）从站设备通信板故障。

就地阀门等从站设备的总线通信板也是常见故障点之一，现场调试过程中多次发现不同厂商型号的阀门通信板发生故障，造成设备无法扫描通信。一般按照厂家要求更换通信板即可消除故障，恢复通信。

（5）通信传输距离超限。

总线中所有设备必须支持主站所设定的传输速率，同一网段总线设备的传输速率是相同的，可以在9.6～12 MBit/s做选择。在脱硫吸收塔除雾器的调试过程中，发现部分阀门无法正常通信，就地测量接线回路均无断路、短路的情况，而且使用BT200手操器可以识别设备。多次排查后发现该总线的通信速率为500 kBit/s，该速率对应最大传输距离为400 m，而实际总线敷设长度大于该限值，存在信号衰减的情况。将速率值修改为最大支持距离1 000 m所对应的187.5 kBit/s，成功解决了该问题。因此，调试中要依据现场实际安装距离适当调整信号传输的波特率。

3.2 参数配置错误

总线通信是主站和从站设备之间的数据传送过程，因此任何一方参数配置存在不合理，都无法建立正常的通信。在排除物理层连接故障的前提下，需对以下情况进行检查：

（1）从站地址配置有误。

一个网段总线下挂接了很多从站设备，每一台设备在完成接线上电后都需要按设计要求设置通信地址，比如Ovation现场总线的起始地址是从10开始，同一条总线下的每台设备地址均为唯一，组态时扫描设备也是通过通信地址来识别设备。在调试过程中，发现部分设备误设或漏设通信地址，造成设备无法识别组态。

（2）从站通信协议参数有误。

智能执行器一般适用于多种通信协议，总线型的阀门可在常规控制方式下使用。因此，在选择总线型功能使用时，必须检查通信参数配置，包括开关型和调节型的选择配置。在调试中曾发生过罗托克的阀门开关反馈可以正常接收，但DCS侧的开关控制指令无法正常控制阀门的情况，通过抓包工具获取的数据与厂家阀门配置手册比对后，发现阀门未按总线型配置。另外，还有将MEG调节型的阀门配置成开关型的情况。因此，阀门的各项参数需依据实际使用需求进行配置，并与组态配置保持一致。

（3）主站参数配置有误。

主站在进行参数配置时，除了需要检查扫描波特率、KKS命名要对应设备、打包点创建类型/长度等符合厂家手册要求外，还要特别注意字节是否翻转，例如罗托克的阀门不需要字节翻转，而EMG/AKD/科远等大部分阀门都需要字节翻转（设置为swap bytes）。可调节型的DP执行机构的指令、反馈在数据转换过程中要注意系数乘除和量级的统一。

（4）总线首尾连接器的拨码有误。

总线首尾连接器的拨码要遵循首拨ON，尾拨OFF的原则，即进入DP卡件侧拨码置ON，有源终端器拨码为OFF。另外，有光电转换装置的需要在转换侧拨置ON，否则会出现总线通信故障。

3.3 信号干扰

电缆屏蔽层未接入设备或设备未按安装要求接地，都有可能造成信号干扰，最终影响总线信号的传输。另外，如果总线布线不合理，附近有大电流大功率设备的运行，都会对总线信号造成干扰。因此，在电缆布线敷设时，就应注意避让强电设备，并做好屏蔽措施，确保总线信号的稳定传输。

总之，造成现场总线故障的因素是多方面的，一旦发现问题，应从最底层的回路开始一步步排查，并进行参数确认。提前了解各类型的故障发生源，特别是在安装过程中，规范安装工艺，做好防范措施。参数配置做到主/从站一致，并严格遵照厂家资料配置。

4 结语

随着工业信息化的飞速发展，数字化是未来发电厂的发展趋势。现场总线适应了过程工业控制向智能化、数字化、网络化和分散化的发展方向，使得发电厂部分甚至全厂使用现场总线技术已成为可能。发电厂要求运行安全稳定可靠，对信号的品质、系统的稳定性、控制的精确性等都有严格要求，现场总线技术有很多的优势，目前也存在一些不足，还需要继续发展和完善。而且，要推广应用现场总线技术，对系统调试及维护人员的技术水平也将提出更高的要求。随着技术的不断发展，相信现场总线控制系统在发电厂自动化领域的应用前景光明。

（本文编辑：徐晗）

Application of PROFIBUS DP Field Bus in Thermal Power Generating Units

QIU Shenchen1，LUO Zhihao2，WANG Yicheng2
（1.Hangzhou E-energy Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces and summarizes the application of PROFIBUS DP field bus in 660 MW ultrasupercritical coal-fired generating units，on-site commissioning and solutions，expecting to provide reference for popularization of DP field bus in thermal power plants and practical work.

thermal power plant；PROFIBUS DP；field bus

TK39

：B

：1007-1881（2016）02-0051-04

2015-04-27

邱深辰（1987），男，助理工程师，长期从事发电厂热工调试和技术管理工作。