Profibus现场总线技术在大型百万火电机组中的应用论文_龚大虎

Profibus现场总线技术在大型百万火电机组中的应用论文_龚大虎

龚大虎

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 济南市 250102

摘要:现场总线(FCS)技术作为一种新型技术,对工业发展起着非常重要的作用,已经广泛应用于化工、冶金、石油等行业。在电力行业中,作为连接生产现场显示仪表、控制设备、变频器等自动化装置的通信网络,FCS在设计、安装、投运等方面具很大的优越性,在电厂自动控制领域中具有广阔前景。现场总线控制已成为一种成熟的控制,应用现场总线技术是电力系统信息集成化的需要。基于此,简单介绍了Profibus现场总线的特点,以及现场总线在某电厂锅炉系统中的应用情况。及在总线安装和调试过程中遇到的问题和解决办法。

关键词:Profibus;现场总线;技术;火电机组

1.Profibus介绍

目前应用比较广泛的FCS技术主要有P-NET、Profibus、FF。Profibus现场总线技术是由西门子公司等13家企业和5家研究机构在德国联合开发,于1996年成为欧洲标准EN50170、1999年成为国际电工委员会的现场总线国际标准IEC61158的组成部分;Profibus只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层;支持纯主方式、主从方式、多主多从的通信方式。包括Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三个兼容部分,其特点和应用范围:

Profibus-DP具有高速的通信连接,是通信速率最快的总线,最高通信速率可达12M。主要使用于工厂自动控制系统以及设备级分散I/O之间通信设计。使用Profibus-DP模块可取代价格昂贵的24V或0-20mA并行信号线,用于分布式控制系统数据传输。Profibus-PA过程通信总线,具有Profibus-DP测量值和状态传输的基本功能,以及对现场装置进行参数设置和操作的Profibus-DP扩展功能。适用于过程控制自动化设计,标准的本征安全的传输技术,实现了IEC1158-2中规定的通信规程,用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的站点。Profibus-FMS、解决车间级通用性通信任务,提高大量的通信服务,完成中等传输速度的循环和非循环通信任务,用于纺织工业、楼宇自动化、电气传动、传感器和执行器、可编程程序控制器、低压开关设备等一般自动化控制的特点和应用范围。

2.Profibus在某电厂锅炉系统中的应用

该电厂一期工程建设规模为2台1000M高效超超临界燃煤清洁发电机组,几乎实现了现场总线的全覆盖,信息集成化度高。在锅炉系统中,共设有16个就地总线柜(控制柜)。所有调节型电动门和大部分开关型电动门采用Profibus-DP通信控制。炉八角24台喷嘴摆动气动执行器和大部分压力、流量智能变送器采用Profibus-PA通信控制。基本实现了总线的全覆盖。

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在该系统中使用了适合于现场层高速传送数据执行机构的Profibus-DP总线控制,通过Profibus接入DCS系统。该系统采用支持Profibus-PA现场总线的智能变送器和气动执行机构,以及支持Profibus-DP的电动执行机构,实现测量值和状态的传输。挂接在现场总线上的所有变送器都由总线供电,总线链路接口和总线电源均为冗余配置,执行机构也连接在冗余总线上。

3.总线的敷设和接线过程中应注意的事项

3.1总线敷设注意事项

为保证现场总线设备通信不受竖井、桥架等动力电缆的干扰以及便于今后的维护,要求敷设安装专门的现场总线电缆桥架,专门的总线竖井。若部分现场总线电缆桥架或槽盒附近出现380V电源电缆,则需利用套管将电源电缆进行隔离并保证10CM以上的安全距离;总线电缆与10KV动力电缆必须分桥架进行敷设,且应保证20CM以上的安全距离;总线电缆应与变频设备的动力电缆保持至少1M以上的安全距离;总线通信柜与变频动力柜应保证至少2M以上的安装距离。每个PA网段的干线总长度不得超过800M,分支长度不应超过30M。速率为500K的DP网段总长度不得超过400M;总线网段电缆需标记清晰,每条总线网段需标记清楚该网段中所属各总线设备连接的先后顺序,PA总线盒上需标记清楚来自哪个总线通信柜的哪个网段,并且标记清楚每个通道口所连接的设备名称及KKS编码;电缆槽盒到总线设备这段总线需要套金属软管,且在槽盒一端使用接头固定,保证金属软管与槽盒接地;DP及PA通信电缆的敷设应以网段为单位,若该网段上有设备未安装,电缆也应照常敷设并预留未装设备所需的长度。

3.2接线注意事项

连接冗余设备(电动执行机构、电气的马达保护装置等)的总线电缆应按“1进”、“1出”、“2进”、“2出”的方式标记清楚;9针插头若只连接一根总线,则接在插头的进线处,并且将拨码拨至“ON”,若连接两根总线,则分别接在进线和出线上,并且将拨码拨至“OFF”;现场总线通信线的接线方式为:红线接B(+),绿线接A(-);通信线剥出的没有屏蔽的接线部分应尽量短,应控制在5cm以内;任意两个相邻的PROFIBUSDP、PA设备间的电缆长度不应小于1m;ProfibusDP总线设备需多点接地;PA总线要求单点接地,即所有的PA设备屏蔽需汇总到现场总线通信柜中集中接地。PA总线盒中原有的接地线需解除,且现场PA设备一端的PA总线屏蔽层剪掉并用绝缘胶布包好;PA总线接线先接就地PA盒的线,再接总线箱的线,防止烧坏卡件

总的来说,总线的敷设和接线的大部分注意事项,其目的就是尽可能的防止信号干扰,保证设备的精确快速控制。

4.调试中常见的通讯问题

4.1通信主站无法与设备建立正常的通信连接,物理层连接有误:主要可能性为电缆或光缆断路,电缆的A\B线短路,电缆的A/B线接反,通信距离超过允许范围;设备参数设置有误:主要可能性为设备通信地址设置错误,将网段中间的设备设置成终端从而导致后续设备断路;通信主站出现故障

4.2设备与主站通信正常但无法远控,该问题的主要原因为设备的通信参数未设置正确,很多执行机构需要设置总线型才可操作。

4.3设备通信不稳定

通信电缆和动力电缆的距离过近(解决方法:将通信电缆和动力电缆之间的距离扩大到20cm以上,最好可以分线槽敷设);总线网段的终端未安装终端电阻或终端电阻未上电;

(解决方法:检查终端电阻安装是否到位,是否与网段设备接通,供电是否正常);设备未接地或总线电缆的屏蔽层未正常接入设备(解决方法:检查设备接地和电缆的屏蔽是否正常接入)。

5.结语

鉴于目前现场总线在单元机组控制应用中处在发展阶段,现场总线的应用,不仅要考虑到造价、功能、效益和方便性,还必须兼顾技术和安全性;虽然现场总线技术在电厂中开始广泛应用,但还有很多问题没有完全解决,所以现场总线并没有完全应用到现场DCS系统中,但随着现场总线技术越来越成熟,相应产品越来越完善,现场总线技术必将是今后电厂自动化的潮流趋势。我相信,随着科技的蓬勃发展,工业控制无线化的兴起,未来技术肯定会将总线和无线有机的整合起来,控制系统将会是一片崭新的局面。

参考文献:

【1】崔逸群,李昱,颜渝坪,etal.国产Profibus现场总线控制系统在火电厂的全面应用[J].中国电力,45(10).

【2】陈静.Profibus现场总线技术在新建电厂中的应用[D].华北电力大学(北京),2016.

论文作者:龚大虎

论文发表刊物:《科技新时代》2019年11期

论文发表时间:2020/1/8

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