论文部分内容阅读
摘 要：该文对现场总线控制系统FCS（Field bus Control System）的技术特点进行了分析，并对其目前在国内电厂的应用情况进行了介绍。
关键词：现场总线 电厂应用 分散控制系统
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0117-01
现场总线（field bus），按其国际电工委员会IEC61158的定义：安装在制造或生产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（Field bus Control System）。
1 现场总线技术特点分析
1.1 现场总线的优点
（1）为数字化电厂提供了系统基础。现场总线可以实时上传大量的现场数据，例如在电动执行机构的采集信息中，可以看到电池电量、力矩、总开关次数等。通过现场总线技术和目前已在电厂成熟推行的厂级信息系统（MIS、SIS），通过二次开发，可实现更多信息量的数字电厂。（2）节省大量电缆。传统系统一对导线只能连接一个现场设备，而现场总线系统多个现场仪表只用一对导线就可实现连通，减少了大量电缆及电缆桥架，也节省了大量安装费用。（3）减少基建的调试时间。电缆总量较常规大大减少，减少了电缆的核对工作，而且采用现场总线网络连通后，相关信息就直接上传至DCS，可在DCS的设备管理软件对设备进行进一步参数整定等工作。
1.2 现场总线的缺点
（1）对就地设备要求较高。若就地设备与现场总线不能很好的兼容将会导致通讯故障。国产此类就地设备目前质量参差不齐，为此，电厂多采用进口设备。（2）对设计、施工的要求较高。现场总线技术是类似于计算机网络的技术，对接地、抗干扰等要求比较高。国内电力设计院设计经验不足，施工人员施工不够严谨，往往造成投产后故障频发。（3）现场总线的经济性没有绝对优势。由于现场总线配套的就地设备通常是进口设备，日后的维护备件费用也相对较高；再加上系统自身的设备价格高昂以及后续的维护费，现场总线的经济性不是很突出。（4）现场总线对检修人员要求高。由于目前现场总线在国内电力系统使用较少，维护人员缺乏经验。若采用此技术，必须对维护人员进行专业培训，势必加大对整体人力、物力的投入。
2 现场总线技术的应用
2.1 现场总线标准的选择
目前用于电厂过程控制的现场总线、在技术和市场占有率较领先的有基金会（Foundation Fieldbus：FF）现场总线和PROFIBUS（Process Fieldbus）现场总线。两种总线标准相比，FF可用于连续量控制（取代4～20mADC模拟量），而PROFIBUS不仅适合离散量控制，而且也适用于连续量控制。
目前电力工程中常用的几大分散控制系统厂家基本上都能满足PROFIBUS和FF现场总线标准。如FOXBORO公司的I/A系统能接受PROFIBUS和FF现场总线标准，西门子公司的TELEPERM-XP系统能接受PROFIBUS现场总线标准，艾默生公司Ovation系统能接受FF和PROFIBUS现场总线标准。
2.2 现场总线技术国内应用情况
目前，现场总线技术已在国内一些电厂中，配套几大主流分散控制系统应用。
（1）西门子公司的TELEPERM-XP系统：山东莱城电厂3、4号机组，应用范围包括400V及以下电动机，配套西门子公司的SIMOCODE电动機控制保护设备。国华宁海发电厂（4×600 MW），应用范围为闭式水系统的34个现场总线电动门（AUMA公司的AUMATIC电动执行器），现场总线标准为PROFIBUS-DP。（2）FOXBORO公司的I/A系统：江阴夏港电厂5、6号机组（2×330MW），应用范围包括380 V开关柜，采用西门子公司的SIMOCODE电动机保护控制设备，通过PROFIBUS-DP与I/A分散控制系统相连。（3）艾默生过程管理公司生产的OVATION系统：江苏望亭燃气联合循环发电厂（2×390 MW），采用FF现场总线与分散控制系统连接。
2.3 某典型应用实例
某电厂2×1030 MW超超临界燃煤机组在主辅机全面选用现场总线控制系统，为国内首台超超临界机组FCS应用的示范工程。
（1）DCS系统共有26+2对控制器，设计了现场总线通讯柜35只、51个冗余Profibus-DP网段、11个非冗余Profibus- DP网段、124个Profibus-PA网段，其中Profibus-DP连接358个现场总线设备、Profibus-PA连接628个现场总线设备，涵盖了25个工艺系统，采用了13种类型的现场总线设备，控制对象有电机、电动执行机构和气动阀门等。（2）除炉膛安全监控系统（FSSS）、汽机数字电液控制系统（DEH）、汽机本体紧急跳闸系统（ETS）、给水泵汽机电液调节系统（MEH）和给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）、机组SOE等对机组安全运行重要，回路处理速度要求高的系统采用常规控制方式外，其他全部采用现场总线技术，主要包括锅炉汽水/本体系统、锅炉烟风系统、燃油制粉系统、凝结水系统、汽机真空系统、汽机油系统、化学水处理系统、发电机氢气系统、除灰系统、除渣系统、电除尘系统、脱硫系统等。（3）现场总线型电动执行机构有SIPOS、AUMA、ROTORK等公司产品；现场总线变送器主要有Rosemount公司的3051系列、Siemens公司的SITRANS P系列、Yokogawa公司的EJA等；现场总线型阀门定位器有美国FISHER-ROSEMOUNT公司生产的 FIELDVUE DVC系列智能阀门定位器、德国西门子公司的SIPART PS2阀门定位器、日本山武公司的SVP3000智能定位器等。部分400 V、75 KW以下的电动机采用SIMOCODE智能马达控制器。
该厂在设计、安装、调试阶段均投入了很大精力，设计前安排了精心的调研，并在施工期聘请了国外专家进行现场指导，投产后生产稳定，故障率非常低，取得了很好的效果。
3 结语
现场总线控制技术作为一种新兴技术，被广泛的应用于化工、石油等多个行业，在电力行业的应用方兴未艾。但其性能上超越常规的先进性，吸引了越来越多的专家和工程技术人员，并在国内电厂也开始大胆的推行，并取得了良好效果，这已成为当前电力工程设计新的突破点。
参考文献
[1] 丁恩杰，马方清.监控系统与现场总线[M].中国矿业大学出版社，2003：221-245.
[2] 白焰.现场总线控制系统及其应用.中国电力出版社，2001.1.
关键词：现场总线 电厂应用 分散控制系统
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0117-01
现场总线（field bus），按其国际电工委员会IEC61158的定义：安装在制造或生产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（Field bus Control System）。
1 现场总线技术特点分析
1.1 现场总线的优点
（1）为数字化电厂提供了系统基础。现场总线可以实时上传大量的现场数据，例如在电动执行机构的采集信息中，可以看到电池电量、力矩、总开关次数等。通过现场总线技术和目前已在电厂成熟推行的厂级信息系统（MIS、SIS），通过二次开发，可实现更多信息量的数字电厂。（2）节省大量电缆。传统系统一对导线只能连接一个现场设备，而现场总线系统多个现场仪表只用一对导线就可实现连通，减少了大量电缆及电缆桥架，也节省了大量安装费用。（3）减少基建的调试时间。电缆总量较常规大大减少，减少了电缆的核对工作，而且采用现场总线网络连通后，相关信息就直接上传至DCS，可在DCS的设备管理软件对设备进行进一步参数整定等工作。
1.2 现场总线的缺点
（1）对就地设备要求较高。若就地设备与现场总线不能很好的兼容将会导致通讯故障。国产此类就地设备目前质量参差不齐，为此，电厂多采用进口设备。（2）对设计、施工的要求较高。现场总线技术是类似于计算机网络的技术，对接地、抗干扰等要求比较高。国内电力设计院设计经验不足，施工人员施工不够严谨，往往造成投产后故障频发。（3）现场总线的经济性没有绝对优势。由于现场总线配套的就地设备通常是进口设备，日后的维护备件费用也相对较高；再加上系统自身的设备价格高昂以及后续的维护费，现场总线的经济性不是很突出。（4）现场总线对检修人员要求高。由于目前现场总线在国内电力系统使用较少，维护人员缺乏经验。若采用此技术，必须对维护人员进行专业培训，势必加大对整体人力、物力的投入。
2 现场总线技术的应用
2.1 现场总线标准的选择
目前用于电厂过程控制的现场总线、在技术和市场占有率较领先的有基金会（Foundation Fieldbus：FF）现场总线和PROFIBUS（Process Fieldbus）现场总线。两种总线标准相比，FF可用于连续量控制（取代4～20mADC模拟量），而PROFIBUS不仅适合离散量控制，而且也适用于连续量控制。
目前电力工程中常用的几大分散控制系统厂家基本上都能满足PROFIBUS和FF现场总线标准。如FOXBORO公司的I/A系统能接受PROFIBUS和FF现场总线标准，西门子公司的TELEPERM-XP系统能接受PROFIBUS现场总线标准，艾默生公司Ovation系统能接受FF和PROFIBUS现场总线标准。
2.2 现场总线技术国内应用情况
目前，现场总线技术已在国内一些电厂中，配套几大主流分散控制系统应用。
（1）西门子公司的TELEPERM-XP系统：山东莱城电厂3、4号机组，应用范围包括400V及以下电动机，配套西门子公司的SIMOCODE电动機控制保护设备。国华宁海发电厂（4×600 MW），应用范围为闭式水系统的34个现场总线电动门（AUMA公司的AUMATIC电动执行器），现场总线标准为PROFIBUS-DP。（2）FOXBORO公司的I/A系统：江阴夏港电厂5、6号机组（2×330MW），应用范围包括380 V开关柜，采用西门子公司的SIMOCODE电动机保护控制设备，通过PROFIBUS-DP与I/A分散控制系统相连。（3）艾默生过程管理公司生产的OVATION系统：江苏望亭燃气联合循环发电厂（2×390 MW），采用FF现场总线与分散控制系统连接。
2.3 某典型应用实例
某电厂2×1030 MW超超临界燃煤机组在主辅机全面选用现场总线控制系统，为国内首台超超临界机组FCS应用的示范工程。
（1）DCS系统共有26+2对控制器，设计了现场总线通讯柜35只、51个冗余Profibus-DP网段、11个非冗余Profibus- DP网段、124个Profibus-PA网段，其中Profibus-DP连接358个现场总线设备、Profibus-PA连接628个现场总线设备，涵盖了25个工艺系统，采用了13种类型的现场总线设备，控制对象有电机、电动执行机构和气动阀门等。（2）除炉膛安全监控系统（FSSS）、汽机数字电液控制系统（DEH）、汽机本体紧急跳闸系统（ETS）、给水泵汽机电液调节系统（MEH）和给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）、机组SOE等对机组安全运行重要，回路处理速度要求高的系统采用常规控制方式外，其他全部采用现场总线技术，主要包括锅炉汽水/本体系统、锅炉烟风系统、燃油制粉系统、凝结水系统、汽机真空系统、汽机油系统、化学水处理系统、发电机氢气系统、除灰系统、除渣系统、电除尘系统、脱硫系统等。（3）现场总线型电动执行机构有SIPOS、AUMA、ROTORK等公司产品；现场总线变送器主要有Rosemount公司的3051系列、Siemens公司的SITRANS P系列、Yokogawa公司的EJA等；现场总线型阀门定位器有美国FISHER-ROSEMOUNT公司生产的 FIELDVUE DVC系列智能阀门定位器、德国西门子公司的SIPART PS2阀门定位器、日本山武公司的SVP3000智能定位器等。部分400 V、75 KW以下的电动机采用SIMOCODE智能马达控制器。
该厂在设计、安装、调试阶段均投入了很大精力，设计前安排了精心的调研，并在施工期聘请了国外专家进行现场指导，投产后生产稳定，故障率非常低，取得了很好的效果。
3 结语
现场总线控制技术作为一种新兴技术，被广泛的应用于化工、石油等多个行业，在电力行业的应用方兴未艾。但其性能上超越常规的先进性，吸引了越来越多的专家和工程技术人员，并在国内电厂也开始大胆的推行，并取得了良好效果，这已成为当前电力工程设计新的突破点。
参考文献
[1] 丁恩杰，马方清.监控系统与现场总线[M].中国矿业大学出版社，2003：221-245.
[2] 白焰.现场总线控制系统及其应用.中国电力出版社，2001.1.