摘要:数字化电厂是近年来发展的一个热点,旨在提高火力发电厂现代化的运营和管理。而电厂的现代化运营和管理是要以大量的数据信息为基础的,传统的 DCS 系统是模拟量、开关量、数字信号混合制,而且是单向的、一对一的,无法满足实现数字化电厂的需求。现场总线技术可实现现场设备的数字化和网络化,是建设数字化电厂的基础。本文探讨了现场总线技术在火电厂的应用,并着重介绍了Profibus总线技术在火电厂的应用情况。
关键词:现场总线技术;DCS系统;火电厂
前言:现代发电机组,特别是大容量、高参数机组,其复杂程度越来越高,对这样的机组的操作、控制和检修的要求也越来越高。现场总线的应用将更侧重于现场设备的数字化及由此数字化而带来的种种益处。由于现场总线技术的出现,促进了传统 DCS 系统和 PLC系统的融合,并推动了 FCS的出现、发展和广泛应用。
1.现场总线技术概述
1.1.DCS系统的构成及发展现状
按照国际电工委员会 IEC61158 的定义,现场总线(fieldbus)为:“安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线”;由现场总线和现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统,通称为 FCS(Fieldbus Control System)。
1.2.适用于过程控制的现场总线控制系统(FCS)
1.2.1.FF总线技术
基金会现场总线(FF,Foundation Fieldbus)是目前最具发展前景、最具竞争力的现场总线之一。以Fisher-Rosemount公司为首,联合80家公司组成的ISP组织和以Honeywell公司为首,联合欧洲150家公司组成的WorldFIP北美分部,这两大集团于1994年合并,成立现场总线基金会,致力于开发统一的现场总线标准。FF目前拥有120多个成员,包括世界上最主要的自动化设备供应商:A-B、ABB、Foxboro、Honeywell、Smar、FUJI Electric等。
1.2.2.Profibus总线技术
PROFIBUS是过程现场总线(Process Field Bus)的缩写,于1989年正式成为现场总线的国际标准。目前在多种自动化的领域中占据主导地位,全世界的设备节点数已经超过2000万。它由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP应用于现场级,PROFIBUS-PA适用于过程自动化,PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络,用来完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换。主要使用主-从方式,通常周期性地与传动装置进行数据交换。
1.3.现场总线技术在DCS系统中的优势与成本分析
1.3.1.现场总线系统的真正效益
现场总线并非人们想象的一根总线上可挂众多仪表,甚至是全系统的仪表,在有本安要求时,每条现场总线上最多只能挂接 8 台现场总线仪表(除此之外还受供电限制、运行速度等限制)。在做一个具体的方案时,可以按照风险分散的原则,而并非省电缆的原则对现场总线进行配置,完全可以获得一个安全性与传统的 4~20mA 方案一样的FCS。
1.3.2.电厂整个生命周期的成本节约
初期的成本节约表现在较低的设备投资与安装费用。长期的成本节约则包括因有了网络化的设备管理所带来的较低的维护及运行成本、较低的扩建及改造费用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于现场总线设备具有更多的故障自诊断能力,并通过数字通信方式将诊断维护信息送往控制器,管理人员通过控制器的资产管理系统(AMS)查询所有仪表设备的运行情况,诊断维护信息,寻查故障,以便早期分析故障原因并快速排除,仪表设备状况始终处于维护人员的远程监控之中
2.现场总线技术在火电厂DCS系统的应用
2.1.现场总线技术在电厂的应用情况
现场总线技术在电厂的应用经历了从辅助车间到主厂房的范围不断扩大的过程,从最初的单个辅助车间试点应用到辅助车间全面应用,再到主厂房应用,目前已在全电厂范围得到了全面应用。机组级控制应用 FCS 要考虑的问题很多,诸如:现场总线标准选择、重要控制与安全回路应用、DCS 系统选择、就地智能设备选择、设备兼容性测试、系统联调、工程进度配合等等。目前,现场总线技术在国内一些电厂机组上也得到了广泛的应用。
2.2.现场总线实施中的设计原则
2.2.1.网段划分一般设计原则
一般情况下,调节回路控制策略和设备控制逻辑仍按照工艺系统划分,在各DCS控制器中实现。现场总线要按照工艺系统来设计,对于同属于一个工艺系统的设备,如果物理空间也相近则应分布在一个网段上。控制回路中相关的测量仪表和阀门最好位于同一网段中,以便加快运算速度。
2.2.2.网段结构一般设计原则
FF H1现场总线网段支持点对点、总线型、树型和菊花链型拓扑结构。但在H1的工程设计指南中建议尽量不采用菊花链型的拓朴结构,以防止因设备增减或维修造成总线段的断裂。现场总线网段拓扑设计应尽可能减少单点故障。对FFH和PROFIBUS PA总线,在电缆的端口上连接和断开任何的现场总线设备不应影响总线的运行。
2.3.保证安全的措施
对于部分有连锁保护要求的执行机构,例如危急疏水门、减温器喷水门等调节型阀门应设置快速动作电磁阀;对于紧急情况需操作的电动门,如真空破坏电动门,应预留紧急操作接口;对于可支持双口冗余的设备,均采用双网双卡的冗余结构;所有接口卡均按冗余设置;每块接口卡只占用不超过 2 个接口;为提高抗干扰能力,由 DCS 机柜至现场通讯箱的总线主干电缆均采用光纤连接(个别网段除外)。
2.4.实施中应注意的问题
由于现场实际情况的多变,现场总线设备在调试时会遇到很多问题,因此,各类现场总线设备接入 DCS 前应先进行相关的测试,安装前应进行相关的安装、调试培训。现场总线技术在全厂辅助车间系统上的应用,应尽量采取工艺设备单独招标、控制系统集中招标的形式,更利于系统的实现,根据现场总线方案设计原则,结合辅助车间工艺特点,全厂统一规划技术要求,确保辅助控制系统的质量,满足建设工期要求。
2.5.基于现场总线及 DCS 系统的设备状态检修策略设想
以智能化现场仪表为基础的现场总线技术的应用,其优点不仅在于节省电缆、安装、调试等工程量,更多的在于维护简单、具有自动诊断、校正等管理功能方面。而目前国内实际进行的现场总线项目还没有把管理自动化和远程诊断功能充分开发,因此,如何充分利用现场总线技术所采集到的大量信息并将其应用在设备的管理、维护和诊断,提高电厂数字化和信息化水平是目前阶段要大力研究的任务。
3.结语
目前,现场总线技术在各电厂的仪表与控制领域里已逐步得到了广泛的应用,使电厂的安装、调试、维护更为方便,为实现科学的全数字化管理的电厂提供了基本保证。把现场总线技术与DCS系统的现场总线设备诊断和管理软件结合起来,充分利用现场总线采集到的丰富的设备信息,为电厂降低运行成本、减少设备检修维护成本、缩短维护周期、实行状态检修提供条件。
参考文献:
[1].茹锋,贾立新,薛钧义.PROFIBUS协议的实时性能分析[J].小型微型计算机系统,2003,2(5):933—936.
[2].颜渝坪,崔逸群,王春丽.火电厂现场总线控制系统的成功应用[J].中国电力,2007,40(3):56-60
论文作者:邓灿军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/23
标签:现场总线论文; 现场论文; 设备论文; 电厂论文; 总线技术论文; 系统论文; 网段论文; 《基层建设》2018年第5期论文;