现场总线技术在数字化电厂中的应用

　　从国内行业内的实际投用业绩及使用经验来看，也以PROFIBUS和FF两种现场总线为多。工程实践证明，PROFIBUS和FF现场总线标准能够满足电厂过程控制的应用要求。
　　鉴于上述原因，从发展的角度，为谋取广泛的国内外生产厂商硬软件产品支持，充分的工程经验、业绩验证，避免系统重构的风险，本工程推荐现场总线控制系统采用符合市场应用主流的PROFIBUS、FF现场总线标准为宜。
　　4.2 现场总线的应用层面
　　火电厂机组控制功能从简单到复杂，分布很广，有单回路、串级调节回路，也有多输入多输出的交叉耦合控制系统，还有可靠性要求很高的快速保护联锁逻辑。FF现场总线设备具有一定的控制和运算功能，能够完成较单纯的单回路或串级调节任务，但是对于存在多回路耦合的复杂控制，需要在不同网段间传输数据，就可能影响控制的实时性。如网段、设备分布设计不当，就可能影响到工艺系统及设备的安全运行。Profibus现场总线的现场智能设备本身基本不具备控制功能。因此在大型火力发电厂燃煤机组主控系统中应用现场总线技术，目前基本还限于在现场设备层，基本不减少DCS控制器的配置，多数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不同DCS控制器中集中处理，少数单回路调节任务下放到现场总线设备中(当DCS系统采用FF现场总线时)。
　　目前，国内火电厂采用的主流DCS基本上都已提供了各自的现场总线解决方案。如西门子公司的T-3000支持PROFIBUS现场总线标准;艾默生公司的OVATION提供了FF和PROFIBUS-DP现场设备的接入;FOXBORO公司的I/A支持FF和PROFIBUS-DP现场总线标准;ABB公司的Symphony系统能接受PROFIBUS和FF现场总线标准。这些著名DCS品牌产品无一例外地均是在原有DCS的基础上，提供对智能现场仪表和控制执行机构的现场总线支持。可以这样说，火电厂现场总线的应用将更侧重于现场设备的数字化及由此带来的种种益处，而不在于纯粹意义上的FCS应用。通过华能巢湖电厂、华能金陵电厂实施现场总线设计的经验、了解其它电厂使用现场总线的方案以及与外方进行的技术交流和调研，西门子、EMERSON、FOXBORO三家公司、控制系统在现场总线方面的技术实力较为突出。
　　电厂辅助生产系统(水、煤、灰 )的控制以开关量程序控制为主，此外还存在少量的简单模拟量调节。而PLC具有逻辑处理功能强、环境适应性好、系统独立性强、电厂辅助生产系统中有深厚应用基础等特点。
　　近几年来，相对进口PLC而言具有组态灵活方便、价格较低等优势的国产DCS在辅助车间的应用也已成熟，受到了电厂的信赖。如泰州2×1000MW机组辅助车间、大唐南京2×600MW机组辅助车间整套控制系统均采用国产DCS。
　　电厂大量使用的主流PLC品牌基本上都在现场设备层提供了现场总线接口。例如西门子公司的S7系列具有PROFIBUS总线接口;AB公司CONTROLGIX 产品提供了FF 和DEVICENET总线接口;GE的FAUNC产品提供了PROFIBUS总线接口;施耐德公司的MODICON QUANTUM产品也提供FF和PROFIBUS的总线接入。
　　国产DCS现场总线技术的应用目前尚处于起步阶段，国电智深、和利时、南京科远等国产DCS生产商正积极开发与推广现场总线技术，覆盖部分工艺系统的现场总线控制系统已具有成功的运行业绩。
　　追求全厂控制系统软硬件设计一体化，是个难以抗拒的趋势。因此在电厂辅助生产车间控制系统设备选型时，将进行DCS与PLC的性能价格比选，最终确定电厂辅助生产车间控制系统是采用以PLC或DCS为基础的现场总线。
　　五、现场总线实施中的问题和建议
　　5.1 存在的问题
　　5.1.1 现场总线系统远程诊断优势的充分发挥
　　以智能化现场仪表为基础的现场总线系统与传统系统相比其优点不仅在监视控制方面，更多的在于维护简单、具有自动诊断、校正等设备管理功能方面，而目前国内现场总线应用业绩尚未普遍，发挥现场总线管理自动化和远程诊断功能从而降低运行维修成本的优势显现不明显。
　　5.1.2 现场总线系统经验不足
　　火电厂应用现场总线，在国内还是较新的课题，包含许多新的技术内容，无论在设计、采购供货、安装调试、运行维护方面都与常规系统有所不同，各方面的工程技术人员对现场总线的知识熟悉程度不够，缺乏工程经验，增加了应用现场总线的难度。
　　5.1.3 现场总线产品的选择范围有所限制
　　现场总线是新的技术，其本身仍在发展过程中，目前智能现场设备的规范和品种相比常规仪表而言，尚缺少广泛的国产现场总线设备的支撑，大多需要采用进口设备，因而在设计系统时带来了设备价格偏高的问题。
　　针对控制器而言，当主厂房、辅助车间控制系统选择采用进口DCS/PLC基本不存在技术上的问题，但当考虑采用国产DCS实施现场总线方案时，选择成熟的系统尚有些问题。根据目前所了解的情况，北京和利时、国电智深、浙大中控、南京科远等国产DCS生产商都在积极开发、应用现场总线，有些系统已经投入运行，但总体来看，均是用于辅助车间或局部工艺系统，火电厂机炉工艺系统成规模的应用上尚无案例。因此目前现场总线产品无论现场设备还是控制器选择范围均受到一定的限制。故本工程推荐基于PLC的现场总线方案。
　　5.2 对策和建议
　　为了使工程设计达到预期的目标，工程建设各方应加强技术储备和广泛开展多方位的技术交流。工程技术人员应努力学习现场总线技术的有关知识，加深对现场总线的理解，逐步形成现场总线控制技术的工程应用能力。根据工程的经验，需采取必要的对策，提出如下建议：
　　5.2.1 尽早确定应用的总线标准及应用范围
　　应从技术角度出发，根据工程的特点和需要，对各种现场总线系统的技术性能、市场占有率(包括国内、外)、产品配套程度、国内技术支持程度、供货商信誉、售后服务、价格和兼容性以及与其它系统接口的难易程度等进行综合比较，从而选择和确定现场总线标准。采用国际知名度高、信誉好、用户多、配套厂商多、产品性能优越的现场总线产品，这类产品将来成为行业性标准和国家、国际标准的可能性最大，从而可以保证使用者的投资具有长期效益。
　　按国内火电厂建设的惯例，尤其大型机组数量较多的热控设备随工艺设备配套供货，因此也需要尽早确定应用的总线标准及应用范围，统一对智能设备提出技术要求。
　　5.2.2 工艺设备与控制系统及设备宜分岛招标
　　工艺设备制造商的关注重点在工艺设备的性能保证上，对控制设备的配套关注往往不够。由于现场总线技术在国内电厂应用的时间和范围，使得工艺设备制造商的设计人员中对现场总线技术接触不多，对于现场总线技术了解较少。因此主厂房DCS、辅助车间控制系统选择，必须采取工艺设备单独分岛招标、控制系统集中招标的形式予以实施，根据单元机组、辅助车间现场总线方案设计原则，结合工艺特点，统一规划现场总线技术要求，尽早安排，确保现场总线系统的质量和建设工期满足要求。对于必须随工艺设备配套供货的总线控制设备，要重视辅机招标中的工艺设备配供控制装置现场总线技术要求，督促辅机厂家严格按照选定的总线设备清单供货，防止产生与设计技术要求不符的问题。
　　5.2.3 重视人员的技术培训工作
　　现场总线技术包含许多新的内容，因此技术要求较高，必须要加强业主、设计单位、设备安装、组态调试单位人员的培训，培训要深入贯穿全过程，业主在工程设计初始阶段就要积极介入。为确保工程的有效、顺利实施，在工程设计之前积极开展与控制工程公司之间的有关方案设计、设备安装、组态调试、管理维护方面的技术交流。通过技术交流，使控制工程公司预先了解本工程期望达到的目标，工程有关各方了解应用现场总线技术要点和难点，以便在技术上做好充分的准备。
　　由于现场总线系统在设计、安装和调试上同传统PLC系统有许多不同，要求我们从基建开始就要探索一种全新的现场总线设备管理模式，适应现场总线技术在机组控制及辅助生产系统中的全面应用，要重视智能设备管理软件在调试和运行中的应用，使得以预测性设备维护和设备管理为预期目标的目的能够实现，做到操作人员和维护人员能够及时获取相关的信息，并进行最合适的操作或者维护工作，从而避免灾难性的设备故障，并且可以减少设备非故障停机，提高系统的可用率水平。
　　现场总线设备系统的出厂验收要比普通PLC出厂验收时间长，由于工厂测试中就要将每个智能设备的ID进行设置，总线通讯要全部调试正常，因此要安排充裕的调试时间。
　　5.2.4 选择现场总线技术支撑伙伴
　　尽管国际上现场总线技术标准已经公布，但由于不同供货商智能仪表参数组态描述可能有所不同，微小的差异将带来总线通讯存在问题。在确定应用总线标准以后，各种带有总线接口的智能设备如变送器、分析仪表、执行机构、马达控制器、断路器、变频器等必须进行兼容性性能测试，测试内容包括连接方式、设备组态、在线数据、设备管理等项目，提供诸如软硬件版本、接口版本、系统版本、主站及总线通讯卡件型号版本、总线规约、GSD等重要信息，搭建试验台实施总线电缆、总线电源、接线盒、终端器、中继器、转换适配器、总线连接部件等互连测试，尽可能模拟现场的实际构成情况，并出具专题报告，以确保带有总线接口的智能设备系统构成和性能参数基本符合今后的实际使用情况，确保整个控制系统能达到良好的实用效果。因此必须选择具备具有现场总线良好应用业绩的技术支撑合作方，实施现场总线技术的应用。这一点实践证明非常是必要的。另一方面，也为业主培训提供技术支持，负责解决现场总线实施过程中产生的技术问题。积极配合系统及现场总线设备供货商，在电建公司及调试单位进行现场安装、现场单体调试、现场网络及设备通信调试过程中，向电建公司和调试单位提供技术咨询和技术支持。
　　六、总结
　　建设数字化电厂必须解决现场控制设备级数字化,目前只有FCS 能够完成现场控制设备级的数字化。FCS 的现场智能设备能将大量现场信息送入通信网络,这是DCS、PLC 无法实现的。FCS 双向数字通信现场总线信号制技术,是建设数字化电厂的基础条件。