现场总线在660 MW机组的应用

王世朋

(神华国能宁夏煤电有限公司， 银川 750011)



现场总线在660 MW机组的应用

王世朋

(神华国能宁夏煤电有限公司， 银川 750011)

介绍了ABB 800xA DCS在某660 MW火电机组中采用Foundation Fieldbus(FF)和Profibus DP两种现场总线构成电厂控制网络的实践，分析了出现的问题并提出了解决措施。实践表明：在加装了FF和Profibus DP间的转换模块PRMD 485-K20,并采用支持Profibus DP协议的执行机构后，控制系统得到完善的应用。

火电厂； 现场总线； 应用； 改进

由于分散在现场总线末端的智能设备能执行较为复杂的任务，不再需要配置单独的控制器，所以现场总线控制系统(FCS)废弃了DCS 的输入/输出单元和控制站, 把DCS 控制站的功能块分散到现场仪表, 从而构成虚拟控制站，彻底实现了分散控制，节省了硬件投资和使用成本。现场总线设备具有自诊断功能，能将故障信息发送至控制室，方便故障排查，减轻了维护工作量。随着火力发电厂机组单机容量的不断增大，配套的辅机设备越来越多，需要检测的数据量越来越大，为了减少硬件投资，降低维护成本，智能化、数字化电厂是现代火力发电厂发展的方向，现场总线的应用也越来越普遍[1]。笔者根据某660 MW机组现场总线应用中出现的问题，分析原因提出解决方案。

1　电厂总线结构

考虑到火力发电机组的控制特点，该电厂以成熟的DCS为基础，无缝嵌入现场总线网络通信模件，连接现场总线仪表和设备，实现数据采集和设备驱动。为统筹兼顾工程风险和技术创新二者的综合效益[2]，对机组本身的安全运行有重大影响的系统，如汽轮机数字电液控制系统(DEH)、汽轮机本体紧急跳闸系统(ETS)、给水泵汽轮机监视系统(MTSI)等，SOE数据采集系统等仍应用传统的DCS硬接线和I/O设备，采用常规控制方式。某电厂广泛使用现场总线设备，应用现场总线系统的信息处理、设备诊断和设备管理软件，发挥了FCS的本质优越性。现场总线设备涵盖锅炉风系统、锅炉烟系统、锅炉疏水放气系统、密封风系统、抽汽系统、辅助蒸汽系统、开式水系统、采暖加热站系统、脱硫系统，主要包含现场仪表、执行机构和马达控制器。该电厂配置性能优良的现场总线仪表和设备，主要是3051 的总线变送器以及总线电动执行机构和ABB总线马达控制器M102-P。

基金会现场总线(FF)就地控制单元、光电转换器、CI860通信模件、现场总线交换机以及控制器构成数据采集网络结构；Profibus DP总线就地控制单元、光电转换器、CI854通信模件以及相对应的控制器构成了设备驱动网络结构；所有现场总线结构单元通过服务器组成了现场总线的网络结构(见图1)。

2　两种主流现场总线协议的应用

该电厂应用现场总线技术实现数字化电厂控制方案，现场总线采用FF和Profibus DP协议。这两种总线标准的开发基础是分散控制系统(DCS)和可编程控制器(PLC)[3]，基本上是针对流程工业开发的，在国内外的石油、化工及电力方面有广泛的应用；且这两种总线标准的配套产品比较齐全，国际上主要的仪表和控制设备供货商都有相应的系统产品支持。根据该电厂总线设备的选型原则，对所有变送器采用FF总线协议，电动执行机构采用Profibus DP协议(见图2)。

2.1 基金会现场总线(FF)的构成

2.1.1 电源

FF就地控制单元电源由保安和UPS双路电源供给，双路电源分别经过两个独立的电源模块PS1、PS2，输出的两路直流电源作为电源切换模块VT的输入，冗余切换后的电源作为就地控制单元的供电。

2.1.2 硬件

一个标准的FF就地控制单元由以下硬件构成：1个光纤适配器FA1，2个冗余的光电交换机FESW1、FESW2，冗余的ABB 800HSE接口模件(每个800HSE有4路输入信号(FF1～FF4)，1路输出信号至光电交换机)，电源调节器HUB(每个HUB有4路输入(Segment1～Segment4)，8路输出(SIG1～SIG4各2路))，4个电源防浪涌装置。

2.1.3 FF的网络结构

DCS控制器与CI860模件通过Modulebus协议通信，并通过DCS的交换机与就地FF控制单元形成网络通信，如与就地总线控制单元HSE对应的上级网络名称为HSE01-HOST-C173-161，对应的地址为192.168.1.161，对应的接口模件LD800 HSE名称为HSE01-DEV-161-65，对应的地址为192.168.1.65，每个就地接口模件分散为4个H1网段(FF01-65-H1-01→FF01-65-H1-04)，通过电源调节器和电源防浪涌装置连接就地FF测量设备。

2.2 Profibus 现场总线的构成

2.2.1 电源

Profibus 现场总线就地控制单元电源供电与FF一致。

2.2.2 硬件

一个标准的Profibus 现场总线就地控制单元由以下硬件构成：1个光纤适配器FA1,2个单口光电转换器OZD11-1和OZD11-2，冗余的Profibus DP模件PLM01，有源终端电阻。

2.2.3 Profibus现场总线的网络结构

DCS控制器与CI854模件通过Modulebus协议通信，并通过DCS的交换机与就地DP总线控制单元形成网络通信，以1号机组辅汽至轴封供汽减温器前电动门、1号机组辅汽至轴封供汽减温器后电动门、1号机组四抽至辅汽入口电动门、辅汽至空气预热器吹灰电动门为例，根据执行机构实际的布置位置，定义该4台执行机构为一组：网段名为PB01 CI854 DP01的PLM01连接凝结水输送泵总线马达控制器，网段名为PB01 CI854 DP02的PLM01连接总线执行机构辅汽至汽轮机轴封供汽减温器前电动门、辅汽至汽轮机轴封供汽减温器后电动门、四抽至辅汽联箱入口电动门，网段名为PB01 CI854 DP03的Repeater1连接总现执行机构辅汽至空气预热器吹灰用汽电动门，该3个网段以及网段上连接的智能设备与控制器、交换机、服务器共同组成了Profibus现场总线的网络。

2.3 现场总线的组态

800 xA DCS系统主要有两种组态工具，CBM和Engineering Workplace，其中CBM主要负责DCS硬件设备的组态，总线设备地址的设定,应用的测试和仿真以及应用的下装，Engineer Workplace主要负责总线设备VB画面的组态、逻辑组态、安全性能的组态、应用的维护备份与恢复。

2.4 现场总线的应用与改进

现场总线的应用一定要是现场总线系统和总线智能设备相结合，否则无法真正实现FCS。该电厂1号机组辅网原采用的执行机构虽然是一体化智能设备，但是它属于Modulebus通信，并不支持与DCS配套的Profibus DP总线标准，所以在调试期间执行机构与系统无法通信。最后增加一套协议模块PBMD485-K20，通过该模块形成Modulebus与Profibus协议的转换，才使系统得到正常的响应。PBMD485-K20为DP从站，同时为Modbus的主站；PBMD485-K20顶部的拨码开关设置Profibus站地址，PBMD485-K20的Modbus地址在总线组态软件中设置，设定的地址与阀门的实际地址应一致。

随着系统的运行，该类型执行机构总线系统出现一系列新的问题：(1)频繁出现DCS与就地执行机构通信中断。测试总线系统网络负荷率在合格范围内，检查就地执行机构就地操作正常，通过层层检查分解，最终确诊为执行机构内部地址丢失。由于该型号的执行机构地址不能现场设定，只能将地址板返厂重新装入地址。(2)执行机构重新装入地址。一方面设备返厂时间周期太长，一方面地址不统一造成备件储存困难，并且该类型执行机构形成了非真正总线回路，造成现场总线没有达到最优化，DCS嵌入的总线在线诊断系统得不到全面的应用，导致了现场总线的应用效果不太好。后利用机组检修机会，将执行机构改型为支持Profibus协议的总线执行机构，取消中间转换环节，实现真正意义上的现场总线。运行中现场执行机构动作良好，现场总线系统运行正常。

3　结语

该电厂660 MW机组现场总线涉及单元机组的绝大多数系统，现场总线控制的使用减少了大量端子和接线头，大大提高了可靠性。采用数字通信，减少大量电缆，有利于抗干扰，并且完善了现场设备及信号的诊断功能，防止了其故障或信号偏差导致控制和保护系统误动。现场总线的引入打破了传统DCS一对一的物理连接，结合现场总线智能设备的应用，组成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制；并且由于其结构简单，节约硬件，降低了维护费用，应用稳定，极大地体现了现场总线的优越性。

[1] 李子连. 现场总线技术在火电厂自动化系统的应用意见[J]. 中国电力, 2003, 36(3): 49-53.

[2] 毕建惠, 王芙蓉. 现场总线技术在火电厂机组控制中的应用分析[J]. 中国电力, 2009, 42(4): 49-53.

[3] 张坤, 谭晓东. 基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统设计[J]. 机床与液压, 2010, 38(22): 104-106, 35.

Application of Fieldbus Control Technology in 660 MW Units

Wang Shipeng

(Shenhua Guoneng Ningxia Coal & Power Co., Ltd., Yinchuan 750011, China)

Application practice of Foundation Fieldbus (FF) and Profibus DP two configurations in power plant control networks is introduced, and problems occurring in the application process are analyzed, based on which corresponding countermeasures are proposed. Application results show that the control system can be perfectly applied by adding a conversion module PRMD 485-K20 between FF and Profibus DP, and by adopting an actuating mechanism supporting the Profibus DP protocol.

thermal power plant; fieldbus; application; improvement

2016-02-01

王世朋(1986—)，男，助理工程师，主要从事火力发电厂热工控制工作。

E-mail: shipeng.1022@163.com

TK323

A

1671-086X(2016)05-0347-03