现场总线技术在机组控制系统中的应用

　　摘要：建立数字化电厂的基础在于获取大量的设备和工艺流程的实时数据、状态及诊断信息，但由于DCS的信号机制限制，难于满足这样的要求。对此，现场总线技术及其控制系统以全数字、双向通信信号制可使这种要求成为可能。华能九台电厂为国内第一个在火电厂机组主控制系统中应用现场总线技术的电厂，其1号机组于2009年10月24日通过168h试运行，2号机组于2009年12月6日通过168h试运行。
　　
　　一、机组概况
　　
　　华能九台电厂2×660MW机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的超临界参数、单炉膛、一次中间再热、角式切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构塔型、紧身封闭布置燃煤、变压运行螺旋管圈直流炉，采用风扇磨煤机直吹式制粉系统，每炉配置8台磨煤机(6台运行，1台备用，1台检修)；汽轮机为哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、八级回热抽汽式汽轮机；发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司生产的水一氢一氢冷却方式、静态励磁发电机。每台机组配置2台50％BMCR容量的汽动给水泵，1台30％BMCR容量的机组起动用电动定速给水泵；配1套高压旁路装置，2套低压旁路装置，旁路系统为30％BM-CR容量。机组控制系统为DCS嵌入Profibus现场总线控制系统。
　　
　　二、现场总线控制系统
　　
　　现场总线控制系统涵盖了34个工艺系统，采用11种类型现场总线设备：压力、差压、液位、流量变送器；气动阀门定位器(用于控制气动调节阀)；380VAC电动机(风机、泵等)控制和保护单元(开关量控制、电气、就地控制和保护)；电动阀门驱动单元(控制电动阀门、电动调节阀门)；阀岛(控制气动开关阀)。华能九台电厂的机组控制系统结构见图1。
　　
　　机组控制系统由DCS和现场总线控制系统组成，DCS主要包括操作员站和工程师站、以太网、应用服务器站、控制器、10模件，实现机组的控制策略和设备级诊断。DCS控制器通过Profibus现场总线实现过程控制的智能变送器、执行器和本地控制器之间的实时数据通信。现场总线控制系统包括Profibus-DP和Profibus-PA2个部分。其中，Profibus-DP设备主要包括电动执行机构、电动机、阀岛。Profibus-PA设备主要包括气动定位器、压力变送器。现场总线控制系统实现数据传输和就地设备控制。设备诊断信息见图2。
　　
　　三、现场总线技术应用注意事项
　　
　　(1)在确定现场总线就地设备型号前，必须对仪表和设备进行通信、操作等方面的兼容性测试，避免因设备选型不当造成设备之间无法通讯。
　　
　　(2)现场总线设备的网段划分相当于常规DCS中的10清单分配，一个现场总线设备相当于常规DCS中的一个10点，一个网段相当于常规DCS的一块卡件。但是，常规DCS中10清单分配无需考虑设备安装的物理位置，而网段划分中网段的长度与数据传输的速率有关。因此，数据传输速度为500kbit/s时Profibus-DP总线网段的所有电缆长度不能超过400m；数据传输速度为31.25kbit/s时Profibus-PA总线网段的所有电缆长度不能超过1900m。
　　
　　(3)在设备出厂前由生产厂设置现场总线设备地址，可减少现场调试时间。
　　
　　(4)预防外界电磁波干扰，特别注意在总线设备附近不能使用大功率对讲机，否则会对总线信号造成干扰。
　　
　　四、常见问题及处理方法
　　
　　(1)Profibus电缆的2根AB线接反、短路、任一根对地短路造成连接故障。对此，将Profibus电缆与主站断开，通过对线或利用BT200工具进行故障检查并消除。
　　
　　(2)就地YLINK或DP/PALINK地址设置不正确。对此，就地检查或利用PDM软件检查地址设置。
　　
　　(3)控制组态中的设备与就地设备地址不一致。对此，按照设计方案检查控制组态和就地设备的地址，并将其修改一致。
　　
　　(4)就地设备地址设置重复，导致总线不能正常工作。对此，就地利用PDM软件检查设备地址，并对其更改。
　　
　　(5)就地设备与ProfibuS一DP/PACOUPLER地址设置重复导致总线不能正常工作。对此，在Profibus-DP/PALINK上设置DP/PACOUPLER地址(此时DP/PACOUPLER上的地址拨码盘不生效),并且与就地设备地址不重复。同时，也可以在就地或在DCS上利用PDM软件检查地址，并对其更改。
　　
　　(6)GSD文件不正确。对此，检查GSD文件的版本，GSD文件中不能有中文字符存在。
　　
　　(7)控制组态中的参数选择不正确。对此，在选择GSD文件后，根据GSD文件说明书选择正确的参数。
　　
　　(8)美国ABB公司和德国西门子公司生产的气动定位器控制组态出错，无法将控制指令发至现场设备。对此，在进行控制组态时根据组态说明书对该气动定位器组态一位状态位写人现场设备。
　　
　　(9)终端电阻安装、设置不正确。对此，在现场总线箱YLINK或DP/PALINK上和最后一个设备上将终端电阻设置“ON”。另外，在现场安装设备过程中不会按照设计链路的顺序安装设备，需正确调整终端电阻位置。
　　
　　(10)PA变送器出厂时的默认地址为126，如果就地更改其地址时设置错误地址，则无法在线2次修改。对此，只能就地离线修改，把PA电缆拆下，用外供的24DV电源给变送器供电，用就地面板修改地址。
　　
　　五、现场总线应用总结
　　
　　(1)现场总线设计与常规DCS设计区别很大，其受到网段电缆长度的限制，有时还不得不脱离工艺分配要求，如锅炉侧的暖风器疏水箱水位调节阀因距离限制而被分配在汽轮机侧控制器中。
　　
　　(2)华能九台电厂现场总线应用中，有85％以上的问题都由安装不当引起。可利用BT200Profibus总线物理测试工具对Profibus电缆状态(电缆断线／屏蔽故障、电缆之间或者电缆和屏蔽层之间短路、在数据电缆断线或短路情况下的故障定位、导致故障的反射检测、电缆更换、已安装的电缆长度)和从站可访问的列表、单个从站特定寻址、主站和从站的RS485串行接口等进行检测。
　　
　　(3)现场总线的抗干扰措施主要有远离干扰源、现场总线设备和电缆的屏蔽、采用UPS电源或隔离变压器、采用光缆传输信号和良好的接地等。
　　
　　(4)目前，在电厂应用的电动执行机构有EMG、SIPOS、AUMA、ROTOCK等品牌。值得注意的是，各种品牌电动执行机构的诊断信息类别和提取时的寻址相差很大，对诊断信息的提取和信息界面的统一增加了困难。
　　
　　(5)现场总线的基本特点是信号传输数字化，可用于设备自诊断、系统调试和管理；同一电缆挂接多台现场设备，可节省电缆70％～90％。
　　
　　(6)充分发挥现场总线控制系统降低运行维护费用的优势，实现管理自动化和远程诊断功能，是现场总线应用最主要的发展方向。
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