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　　摘要：現(xiàn)場總線技術(shù)能否應用在發(fā)電廠中，眾說紛紜，并沒有一個性的認證。本文將從現(xiàn)場設(shè)備級（現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器）角度來闡述現(xiàn)場總線技術(shù)（Profibus-DP）在發(fā)電廠應用中的可行性，從而實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性應用優(yōu)勢。
　　
　　引言
　　
　　上世紀九十年代至今，現(xiàn)場總線技術(shù)在誕生以及逐步推廣的過程中，業(yè)界人士對其褒貶不一。對于現(xiàn)場總線技術(shù)在發(fā)電廠中的應用，評論主要圍繞現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）能否*取代分散控制系統(tǒng)（DCS）進行，這是從過程控制級來考慮現(xiàn)場總線技術(shù)的應用。由于缺乏應用實例，無法從工程實際角度來論證FCS取代DCS的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。業(yè)內(nèi)有些人士就開始著手研究這個項目，以此證明現(xiàn)場總線技術(shù)在發(fā)電廠中的可行性。
　　
　　一、Profibus-DP總線技術(shù)
　　
　　現(xiàn)場總線技術(shù)是指現(xiàn)場設(shè)備與自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、雙向、多點通信的自控技術(shù)，它將具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力的微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，采用簡單的雙絞線把它們連接成網(wǎng)絡(luò)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，實現(xiàn)信息交換和數(shù)據(jù)傳輸，形成適應各種實際需要的自動控制系統(tǒng)。
　　
　　1.1Profibus-DP總線技術(shù)的概況
　　
　　目前上存在多種總線標準，包括IEC61158-2、FoundationFieldbus、Profibus、Lonworks、HART、CAN等。Profibus作為一種性的開放式現(xiàn)場總線，根據(jù)應用特點，主要包括三個兼容版本：高速通信的Profibus-DP；本安型Profibus-PA；用于系統(tǒng)級和車間級的Profibus-FMS，。Profibus既適合于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)場信號單元的通訊，也可用于連接帶有智能卡件的變送器和執(zhí)行器等其它現(xiàn)場設(shè)備。
　　
　　Profibus-DP是底層控制網(wǎng)絡(luò)，采用輪循的通訊方式，專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間的通信設(shè)計，可取代價格昂貴的24V或4～20mA并行信號線，廣泛應用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，zui高傳輸速率可達12M。
　　
　　Profibus-DP按照設(shè)備的功能特點將設(shè)備分為三種類型：*類DP主站類型1（DPM1），中央可編程控制器，如PLC，PC等；第二類DP主站類型2（DPM2），指可編程、可組態(tài)、可診斷的設(shè)備；DP從站，即一個現(xiàn)場智能I/O設(shè)備。根據(jù)用戶的功能需求，Profibus-DP允許構(gòu)成單主或多主系統(tǒng)，系統(tǒng)配置組態(tài)具有高度的靈活性。
　　
　　1.2Profibus-DP應用概況
　　
　　Profibus-DP作為一種比較成熟的總線技術(shù)以及對設(shè)備級分散I/O控制的*優(yōu)勢，使它在國內(nèi)外電力行業(yè)過程控制中的應用日趨廣泛。西門子作為自動化領(lǐng)域的供應商，在電站自動化設(shè)備方面一直致力于支持Profibus現(xiàn)場總線協(xié)議的技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)。同時，由于電站輔助車間對象特征單一、相互獨立性強且多為順控、聯(lián)鎖和單參數(shù)調(diào)節(jié)，可采用一般PLC監(jiān)控或DCS監(jiān)控，所以Profibus-DP的應用成為必然趨勢，這部分系統(tǒng)包括水處理、除灰除渣、輸煤、冷卻水系統(tǒng)等。
　　
　　德國Niederaussem電廠就廣泛地在汽水循環(huán)、煙氣系統(tǒng)和機組協(xié)調(diào)等對安全性沒有特殊要求的現(xiàn)場控制中采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)和設(shè)備，并把它們納入DCS控制?？偩€設(shè)備主要為SIPOS電動執(zhí)行器、SIMOCODE（馬達接觸器的智能接口）和DP/ASI（電磁閥智能接口）?？偩€設(shè)備的有關(guān)邏輯組態(tài)和控制功能在DCS中完成，同時還在模擬量信號的傳輸中應用了HART總線。
　　
　　在國內(nèi)電站的輔助系統(tǒng)中，Profibus-DP也得到了廣泛應用，四川廣安電廠的水處理系統(tǒng)、連云港新海發(fā)電廠200MW機組的DCS改造均采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，并且取得了良好的效果。
　　
　　二、現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器
　　
　　現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器在原有電動執(zhí)行器功能的基礎(chǔ)上，不僅實現(xiàn)了雙向通信、在線自動標定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，從而實現(xiàn)了作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一個節(jié)點的要求。
　　
　　目前，國內(nèi)外電動執(zhí)行器廠家相繼推出了帶現(xiàn)場總線通信協(xié)議的電動執(zhí)行器，它們的總線類型主要有FF、Profibus。
　　
　　2.1應用優(yōu)勢
　　
　　現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器與普通電動執(zhí)行器相比，具有較大的優(yōu)勢。帶通信協(xié)議的總線電動執(zhí)行器需要使用的輔助設(shè)備少，無需任何隔離、轉(zhuǎn)換和輸入輸出模塊，同時減少大量信號電纜、電纜配件及相應的安裝和檢修工作。現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器具有雙向通訊功能，操作人員可只在控制室中對現(xiàn)場進行標定、參數(shù)設(shè)置、功能組態(tài)及在線監(jiān)測、故障分析，操作維護。由于現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器帶有微處理器，可實現(xiàn)遠程編程、操作及設(shè)備的在線檢測和診斷，同時對于運行人員無法判斷的故障，設(shè)備廠家還可通過通訊接口進行遠程診斷。
　　
　　在電站自動化領(lǐng)域中，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的應用還有待進一步深入和擴大，其穩(wěn)定性還有待于時間的檢驗，所以對于采用現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器，應充分考慮電廠自動化系統(tǒng)的特征和現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器的優(yōu)勢，以達到應有的效果。
　　
　　1）在電動執(zhí)行器應用較多的電廠輔助系統(tǒng)，比如水系統(tǒng)中的工業(yè)水、生活水、消防水、廢水和單元機組中的開、閉式水系統(tǒng)，物理位置相對分散，且多為順序控制、聯(lián)鎖或單參數(shù)調(diào)節(jié)，可考慮采用現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器。
　　
　　2）現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器的通信協(xié)議必須與控制系統(tǒng)的通信協(xié)議相匹配，這是實現(xiàn)局部現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本條件?？筛鶕?jù)主控制系統(tǒng)的類型來確定電動執(zhí)行器的通信類型，如果控制器完成較為簡單的控制功能，則可根據(jù)性價比同時選擇控制器和電動執(zhí)行器的通信類型。
　　
　　3）現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器物理地址的設(shè)定必須與控制器中的地址相對應，以防止產(chǎn)生作為被控對象的不同電動執(zhí)行器的誤動和拒動，造成安全生產(chǎn)的嚴重事故。
　　
　　2.2AUMA現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器
　　
　　AUMAMATIC電動執(zhí)行器為*一體化現(xiàn)場總線產(chǎn)品，其開關(guān)型電動執(zhí)行器可以接受開、關(guān)、停數(shù)字量控制信號并能滿足DCS程序控制的要求，本體配置手輪和手／自動切換機構(gòu)，通過現(xiàn)場控制面板可以進行Remote（遠方）、Off（停機）、Local（現(xiàn)場）的轉(zhuǎn)換，并且有“開、關(guān)、停”操作按扭和全開、全關(guān)位置到位指示燈及故障指示燈。電動執(zhí)行器在失去電源或信號時，運行到全開、運行到全關(guān)、停在原位等三種保護功能，這些功能由用戶在現(xiàn)場設(shè)定。
　　
　　執(zhí)行器的控制單元配有雙通道Profibus-DP冗余總線接口，可接受來自控制室的數(shù)字量信號。執(zhí)行器的控制和反饋信號可直接接收和送至DCS系統(tǒng)，中間不需要增加任何轉(zhuǎn)換和隔離設(shè)備。執(zhí)行器配置一體式電源控制板，用戶只需提供動力電源，內(nèi)部控制電源由執(zhí)行器一體提供。
　　
　　作為Profibus-DP總線系統(tǒng)的從站，其從站地址可通過執(zhí)行器本體上的液晶顯示器和按鈕進行設(shè)定和確認。
　　
　　三、AUMA現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器在寧海電廠一期工程中的應用
　　
　　在浙江國華寧海電廠一期工程中，AUMA現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器主要用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，閉式循環(huán)冷卻器、汽機潤滑油冷卻器進口、出口、旁路電動門等34個執(zhí)行器采用了AUMA現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器。
　　
　　3.1應用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
　　
　　根據(jù)電動執(zhí)行器的位置分布和功能實現(xiàn)，應用中把這34個電動執(zhí)行器分成了兩組，每組17個執(zhí)行器，分別掛在不同的Profibus-DP總線上，總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖（一）所示。　　
　　圖（一）為一組現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器的硬件配置結(jié)構(gòu)，另一組的網(wǎng)絡(luò)及硬件配置與此*相同。17個執(zhí)行器由Profibus-DP總線串聯(lián)接至光電轉(zhuǎn)換器OLM1，通過光纖傳輸，將總線上的信號傳送到電子間機柜中的OLM2，再經(jīng)Profibus-DP將信號傳到通信、存儲模塊IM308C，zui后通過RS485總線到達控制處理器PA。PA作為底層處理器全部掛在工廠總線網(wǎng)，工程師站可通過工廠總線網(wǎng)對所有總線執(zhí)行器進行組態(tài)。連接在終端總線網(wǎng)的操作員站可通過工廠總線網(wǎng)、PA對執(zhí)行器進行開、關(guān)、停等操作。　　
　　OLM1布置于現(xiàn)場控制箱中，OLM2、IM308C及PA都布置于電子間DCS機柜中，具體布置如圖（二）電子間機柜內(nèi)部配置圖。由于AUMA現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器的控制單元均配有雙通道Profibus-DP冗余總線接口，故主站PA及所有總線網(wǎng)絡(luò)硬件配置都是冗余的，進一步提高了系統(tǒng)運行的安全性。
　　
　　3.2控制操作的軟件
　　
　　作為現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器，其運行模式與普通執(zhí)行器相比有一定的特殊性。用戶首先對安裝完畢的設(shè)備進行物理地址和閥門相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，可通過執(zhí)行器本體上的液晶顯示器和按鈕盤實現(xiàn)。
　　
　　在硬件結(jié)構(gòu)建立后，用戶需在工程師站完成通信程序和系統(tǒng)組態(tài)軟件，寫入IM308C的存儲單元FLASHROM（快速可擦寫可編程只讀存儲器）中，包括對各個執(zhí)行器物理地址與執(zhí)行器本體的匹配設(shè)定和開、關(guān)、停控制及故障監(jiān)控的實現(xiàn)。組態(tài)程序可看作工程師站的一個模塊，對執(zhí)行器控制參數(shù)的設(shè)定及修改等操作均可通過該模塊完成。
　　
　　在組態(tài)完成、地址設(shè)定匹配后，啟動IM308C，運行位于FLASHROM中的用戶程序，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過對AUMA電動執(zhí)行器上物理地址的確認建立各個網(wǎng)絡(luò)的連接，同時根據(jù)執(zhí)行器廠家提供的設(shè)備描述文件讀取相應設(shè)備信息，實現(xiàn)各個設(shè)備的識別、從而實現(xiàn)執(zhí)行器接收集控室的運行指令和反饋閥門狀態(tài)。執(zhí)行器的閉環(huán)運算以及與其它設(shè)備間的聯(lián)鎖等開環(huán)運算，在主站AP中以10ms為周期進行，以數(shù)字量形式直接傳至AUMA執(zhí)行器的PROFIBUS-DP接口，完成對電動執(zhí)行器的控制。寧海電廠分散控制系統(tǒng)采用西門子eperm-XP，圖（三）所示為該系統(tǒng)的操作員站閉式循環(huán)水系統(tǒng)AUMAMATIC執(zhí)行器的操作畫面，任何開、關(guān)、停操作zui后都必須以點擊綠色界面左下角“EXECUTE”鍵來完成操作內(nèi)容。　　
　　3.3應用效果
　　
　　一種新型設(shè)備的應用，其優(yōu)勢zui終在運行時得以檢驗。浙江國華寧海電廠2號、3號機組順利通過168小時*運行投產(chǎn)，所有AUMA現(xiàn)場總線執(zhí)行器運行正常。通過現(xiàn)場總線與DCS的通信，AUMA電動執(zhí)行器的開、關(guān)、故障等信息得以反饋，集控室操作員可根據(jù)實際運行要求對執(zhí)行器進行遠程手操。當AUMA電動執(zhí)行器故障時，可在工程師站將該節(jié)點從總線網(wǎng)絡(luò)中刪除以進行檢修，而不會影響總線上其他節(jié)點設(shè)備的運行與監(jiān)控，與DCS控制模塊故障相比，大大提高了系統(tǒng)運行的安全性。
　　
　　與常規(guī)電動執(zhí)行器比較，現(xiàn)場總線執(zhí)行器在設(shè)計、安裝、調(diào)試的各個應用環(huán)節(jié)上體現(xiàn)著自己的優(yōu)勢。在設(shè)計過程中，各電動執(zhí)行器信號無需以硬接線形式單獨接入DCS卡件通道和開列常規(guī)電纜并計算長度，而只需以整個網(wǎng)絡(luò)為單位對總線的總長度進行估算，節(jié)省了大量電纜，施工時，無需考慮電纜的芯芯對接，而只需完成總線輸入和輸出的插拔式連接，減少了大量工作，并為維護和檢修提供便利，給總線執(zhí)行器設(shè)定與工程師站匹配的物理地址且通信狀態(tài)良好，就表示調(diào)試完畢，大大減少了可能出現(xiàn)的調(diào)試問題和故障點。
　　
　　四、結(jié)語
　　
　　基于現(xiàn)場總線的電動執(zhí)行器在寧海電廠機組閉式水系統(tǒng)局部的應用，其效果達到了預期值，但作為一種純數(shù)字自控技術(shù)，純粹由現(xiàn)場總線電動執(zhí)行器組成總線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場智能設(shè)備形式較為單一且網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)涉及范圍狹窄。由于現(xiàn)場總線本身可以組成從底層到高層的通信和控制網(wǎng)絡(luò)，只是由現(xiàn)場總線構(gòu)成的純數(shù)字控制系統(tǒng)在火電廠的應用還需要不斷試驗和工程實踐，這需要從業(yè)人員的不斷努力，在電廠工程中逐步擴大應用范圍和深度，充分發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)作為組合控制系統(tǒng)的集中優(yōu)勢。