火电厂现场总线控制问题及解决

一、现场总线特点及其应用现状

目前支持现场总线协议的DCS有西门子公司的T-3000DCS、美国艾默生公司的Ovation DCS、美国ABB公司的800XA DCS、西安热工研究院有限公司研发的FCS165 DCS等。除FCS165 DCS外，其它DCS对现场总线协议的支持均需增加现场总线通讯卡进行数据通讯，这种方案是传统DCS的功能扩展，符合目前现场总线协议应用状况，即在机组控制中不是所有控制系统和设备都采用现场总线技术，部分系统和设备保留传统仪表和非智能设备。

应用在火电厂的现场总线协议有Profibus和FF2种，在2种协议中以Profibus协议构建的控制网络为主，FF协议只在山东邹县电厂和华能海门电厂中为数不多的设备上应用。应用现场总线构建的控制网络开始在电厂辅助车间控制系统应用，现已逐步应用于机组控制系统，并且应用的范围越来越广，从早期的数据采集系统 (DAS)、顺序控制系统(SCS)到现在的锅炉安全监控系统(FSSS)、模拟量控制系统(MCS)均采用现场总线技术。

二、应用中存在的问题及对策

2.1 总线类型的选择

(1)确定采用现场总线的应用范围、总线设备和仪表所占的比例、I/O中控制与安全区域的比例。

(2)从功能上考虑基本的I/O信息、总线供电、总线设备，其中包括设备的总线协议、同一总线上不同生产厂家制造的智能设备、总线通讯电缆长度、冗余和诊断功能。如果设备处在危险区域，应考虑采用具有本安特性的总线。

(3)为了保证机组的安全运行，事件顺序记录 (SOE)功能、FSSS、汽轮机紧急跳闸系统(ETS)、数字式电液控制系统(DEH)、给水泵汽轮机电液控制系统 (MEH)以及其它快速控制系统等不易采用现场总线技术。

任何一种类型的现场总线都不能涵盖电厂所有的控制范围，不同类型的现场总线混合应用将是趋势。目前，现场总线技术应用还局限于传统DCS加现场总线通讯卡的方式，总线类型的选择受限于DCS的支持协议类型。

2.2 电缆的设计

因有关现场总线的设计分工不明确，造成了现场总线电缆不能完全符合设计规范，出现干扰和网段速度降低的问题。对此，应规范电缆的设计。不同速率的现场总线网段最大长度如表1所示(长度可采用中继器来延长)。

电缆分类为：

(l)第一类 现场总线和局域网电缆(例如：Profi-bus、 AS一i、Ethernet等)，用于数字式数据传输的屏蔽电缆(例如打印机、RS232等电缆)，屏蔽的低电压(≤25V)模拟和数字信号电缆，低电压(≤60V)供电电缆，同轴信号电缆。

(2)第二类 直流电源(≤60V，≤400V)供电电缆，交流电源(>25V，≤40OV)供电电缆。

(3)第三类 交、直流电源(>400V)供电电缆，电话线电缆。

(4)第四类具有雷击危险的前三类电缆(例如连接在不同建筑物之间)。

布线原则为同一类型的电缆可以布置在一起，且同方向的电缆可布置在同一个电缆槽内。不同种类的电缆相互之间必须保持一定的距离，并且当它们相互交叉时必须正交交叉，不能有任何平行(即便是很短的距离)排列。不同类型电缆相互之间的最小距离如图1所示。

2.3 电缆与现场总线设备的连接

Profibus-DP设备的接口通常为9针D型连接器，D型连接器有1个进口和1个出口，通过D型连接器连接的设备接入或退出不影响网段电缆的连通。但是，有些总线设备的通讯接口设计为普通接线端子，通讯电缆接在设备的端子上，当设备因故障需要更换时，则故障设备之后的通讯电缆会断开，从而造成通讯中断。对此，电缆与现场总线设备应采用D型连接器连接。

2.4 故障替换

(l)传统设备故障替换时，只要设备类型、规格与故障设备一致，替换后重新将I/O电缆接入，经过简单调试，系统便可正常工作，DCS控制组态无需修改。现场总线设备发生故障替换时具有2种情况，一是替换设备与故障设备类型、型号、规格、生产厂家一致，且不用更换驱动文件(GSD)文件，替换后控制组态无需修改;二是替换设备与故障设备类型、型号、规格、生产厂家一致，不同GSD文件，替换后需要 DCS 重新组态和调试(包括设备调试)。故障设备与不同厂家，且类型、规格相同的设备或者同一厂家且类型、规格不同的设备替换后简单调试无法使其正常工作，其原因在于现场总线智能设备的GSD文件不同，则设备的信号定义也就不同，从而没有统一的标准和规范。对此，须对现场总线的智能设备制定信号传输的规范，明确同一类型、规格设备的传输信号种类、数量、信号传送的顺序，即同一种类型、规格的现场总线智能设备的传输信号种类、信号传送的顺序必须一致。

(2)现场总线设备(智能仪表、电动门等)的更新换代速度比DCS快，使得DCS不支持最新生产的现场智能设备。在DCS中正常使用现场智能设备，需要设备驱动软件，而DCS不是一个统一、开放的系统，需要对DCS升级来支持新的现场总线设备。当采用FF总线协议组成的现场总线控制系统时，这种现象尤为突出。对此，可对DCS进行相应的测试和系统升级，提高DCS对现场智能设备支持的能力。

三、结语

现场总线技术的精髓在于全部信息化和智能化，现场总线技术应用的规模越大，对提高机组控制性能及节省总体费用(包括设计，施工，维护等)的优势越加明显。