現場總線技術在數字化電廠中的應用
加入技術交流群
從國內行業內的實際投用業績及使用經驗來看，也以PROFIBUS和FF兩種現場總線為多。工程實踐證明，PROFIBUS和FF現場總線標準能夠滿足電廠過程控制的應用要求。
鑒于上述原因，從發展的角度，為謀取廣泛的國內外生產廠商硬軟件產品支持，充分的工程經驗、業績驗證，避免系統重構的風險，本工程推薦現場總線控制系統采用符合市場應用主流的PROFIBUS、FF現場總線標準為宜。
4.2 現場總線的應用層面
火電廠機組控制功能從簡單到復雜，分布很廣，有單回路、串級調節回路，也有多輸入多輸出的交叉耦合控制系統，還有可靠性要求很高的快速保護聯鎖邏輯。FF現場總線設備具有一定的控制和運算功能，能夠完成較單純的單回路或串級調節任務，但是對于存在多回路耦合的復雜控制，需要在不同網段間傳輸數據，就可能影響控制的實時性。如網段、設備分布設計不當，就可能影響到工藝系統及設備的安全運行。Profibus現場總線的現場智能設備本身基本不具備控制功能。因此在大型火力發電廠燃煤機組主控系統中應用現場總線技術，目前基本還限于在現場設備層，基本不減少DCS控制器的配置，多數調節回路控制策略和設備控制邏輯仍按照工藝系統劃分在不同DCS控制器中集中處理，少數單回路調節任務下放到現場總線設備中(當DCS系統采用FF現場總線時)。
目前，國內火電廠采用的主流DCS基本上都已提供了各自的現場總線解決方案。如西門子公司的T-3000支持PROFIBUS現場總線標準;艾默生公司的OVATION提供了FF和PROFIBUS-DP現場設備的接入;FOXBORO公司的I/A支持FF和PROFIBUS-DP現場總線標準;ABB公司的Symphony系統能接受PROFIBUS和FF現場總線標準。這些著名DCS品牌產品無一例外地均是在原有DCS的基礎上，提供對智能現場儀表和控制執行機構的現場總線支持。可以這樣說，火電廠現場總線的應用將更側重于現場設備的數字化及由此帶來的種種益處，而不在于純粹意義上的FCS應用。通過華能巢湖電廠、華能金陵電廠實施現場總線設計的經驗、了解其它電廠使用現場總線的方案以及與外方進行的技術交流和調研，西門子、EMERSON、FOXBORO三家公司、控制系統在現場總線方面的技術實力較為突出。
電廠輔助生產系統(水、煤、灰 )的控制以開關量程序控制為主，此外還存在少量的簡單模擬量調節。而PLC具有邏輯處理功能強、環境適應性好、系統獨立性強、電廠輔助生產系統中有深厚應用基礎等特點。
近幾年來，相對進口PLC而言具有組態靈活方便、價格較低等優勢的國產DCS在輔助車間的應用也已成熟，受到了電廠的信賴。如泰州2×1000MW機組輔助車間、大唐南京2×600MW機組輔助車間整套控制系統均采用國產DCS。
電廠大量使用的主流PLC品牌基本上都在現場設備層提供了現場總線接口。例如西門子公司的S7系列具有PROFIBUS總線接口;AB公司CONTROLGIX 產品提供了FF 和DEVICENET總線接口;GE的FAUNC產品提供了PROFIBUS總線接口;施耐德公司的MODICON QUANTUM產品也提供FF和PROFIBUS的總線接入。
國產DCS現場總線技術的應用目前尚處于起步階段，國電智深、和利時、南京科遠等國產DCS生產商正積極開發與推廣現場總線技術，覆蓋部分工藝系統的現場總線控制系統已具有成功的運行業績。
追求全廠控制系統軟硬件設計一體化，是個難以抗拒的趨勢。因此在電廠輔助生產車間控制系統設備選型時，將進行DCS與PLC的性能價格比選，最終確定電廠輔助生產車間控制系統是采用以PLC或DCS為基礎的現場總線。
五、現場總線實施中的問題和建議
5.1 存在的問題
5.1.1 現場總線系統遠程診斷優勢的充分發揮
以智能化現場儀表為基礎的現場總線系統與傳統系統相比其優點不僅在監視控制方面，更多的在于維護簡單、具有自動診斷、校正等設備管理功能方面，而目前國內現場總線應用業績尚未普遍，發揮現場總線管理自動化和遠程診斷功能從而降低運行維修成本的優勢顯現不明顯。
5.1.2 現場總線系統經驗不足
火電廠應用現場總線，在國內還是較新的課題，包含許多新的技術內容，無論在設計、采購供貨、安裝調試、運行維護方面都與常規系統有所不同，各方面的工程技術人員對現場總線的知識熟悉程度不夠，缺乏工程經驗，增加了應用現場總線的難度。
5.1.3 現場總線產品的選擇范圍有所限制
現場總線是新的技術，其本身仍在發展過程中，目前智能現場設備的規范和品種相比常規儀表而言，尚缺少廣泛的國產現場總線設備的支撐，大多需要采用進口設備，因而在設計系統時帶來了設備價格偏高的問題。
針對控制器而言，當主廠房、輔助車間控制系統選擇采用進口DCS/PLC基本不存在技術上的問題，但當考慮采用國產DCS實施現場總線方案時，選擇成熟的系統尚有些問題。根據目前所了解的情況，北京和利時、國電智深、浙大中控、南京科遠等國產DCS生產商都在積極開發、應用現場總線，有些系統已經投入運行，但總體來看，均是用于輔助車間或局部工藝系統，火電廠機爐工藝系統成規模的應用上尚無案例。因此目前現場總線產品無論現場設備還是控制器選擇范圍均受到一定的限制。故本工程推薦基于PLC的現場總線方案。
5.2 對策和建議
為了使工程設計達到預期的目標，工程建設各方應加強技術儲備和廣泛開展多方位的技術交流。工程技術人員應努力學習現場總線技術的有關知識，加深對現場總線的理解，逐步形成現場總線控制技術的工程應用能力。根據工程的經驗，需采取必要的對策，提出如下建議：
5.2.1 盡早確定應用的總線標準及應用范圍
應從技術角度出發，根據工程的特點和需要，對各種現場總線系統的技術性能、市場占有率(包括國內、外)、產品配套程度、國內技術支持程度、供貨商信譽、售后服務、價格和兼容性以及與其它系統接口的難易程度等進行綜合比較，從而選擇和確定現場總線標準。采用國際知名度高、信譽好、用戶多、配套廠商多、產品性能優越的現場總線產品，這類產品將來成為行業性標準和國家、國際標準的可能性最大，從而可以保證使用者的投資具有長期效益。
按國內火電廠建設的慣例，尤其大型機組數量較多的熱控設備隨工藝設備配套供貨，因此也需要盡早確定應用的總線標準及應用范圍，統一對智能設備提出技術要求。
5.2.2 工藝設備與控制系統及設備宜分島招標
工藝設備制造商的關注重點在工藝設備的性能保證上，對控制設備的配套關注往往不夠。由于現場總線技術在國內電廠應用的時間和范圍，使得工藝設備制造商的設計人員中對現場總線技術接觸不多，對于現場總線技術了解較少。因此主廠房DCS、輔助車間控制系統選擇，必須采取工藝設備單獨分島招標、控制系統集中招標的形式予以實施，根據單元機組、輔助車間現場總線方案設計原則，結合工藝特點，統一規劃現場總線技術要求，盡早安排，確保現場總線系統的質量和建設工期滿足要求。對于必須隨工藝設備配套供貨的總線控制設備，要重視輔機招標中的工藝設備配供控制裝置現場總線技術要求，督促輔機廠家嚴格按照選定的總線設備清單供貨，防止產生與設計技術要求不符的問題。
5.2.3 重視人員的技術培訓工作
現場總線技術包含許多新的內容，因此技術要求較高，必須要加強業主、設計單位、設備安裝、組態調試單位人員的培訓，培訓要深入貫穿全過程，業主在工程設計初始階段就要積極介入。為確保工程的有效、順利實施，在工程設計之前積極開展與控制工程公司之間的有關方案設計、設備安裝、組態調試、管理維護方面的技術交流。通過技術交流，使控制工程公司預先了解本工程期望達到的目標，工程有關各方了解應用現場總線技術要點和難點，以便在技術上做好充分的準備。
由于現場總線系統在設計、安裝和調試上同傳統PLC系統有許多不同，要求我們從基建開始就要探索一種全新的現場總線設備管理模式，適應現場總線技術在機組控制及輔助生產系統中的全面應用，要重視智能設備管理軟件在調試和運行中的應用，使得以預測性設備維護和設備管理為預期目標的目的能夠實現，做到操作人員和維護人員能夠及時獲取相關的信息，并進行最合適的操作或者維護工作，從而避免災難性的設備故障，并且可以減少設備非故障停機，提高系統的可用率水平。
現場總線設備系統的出廠驗收要比普通PLC出廠驗收時間長，由于工廠測試中就要將每個智能設備的ID進行設置，總線通訊要全部調試正常，因此要安排充裕的調試時間。
5.2.4 選擇現場總線技術支撐伙伴
盡管國際上現場總線技術標準已經公布，但由于不同供貨商智能儀表參數組態描述可能有所不同，微小的差異將帶來總線通訊存在問題。在確定應用總線標準以后，各種帶有總線接口的智能設備如變送器、分析儀表、執行機構、馬達控制器、斷路器、變頻器等必須進行兼容性性能測試，測試內容包括連接方式、設備組態、在線數據、設備管理等項目，提供諸如軟硬件版本、接口版本、系統版本、主站及總線通訊卡件型號版本、總線規約、GSD等重要信息，搭建試驗臺實施總線電纜、總線電源、接線盒、終端器、中繼器、轉換適配器、總線連接部件等互連測試，盡可能模擬現場的實際構成情況，并出具專題報告，以確保帶有總線接口的智能設備系統構成和性能參數基本符合今后的實際使用情況，確保整個控制系統能達到良好的實用效果。因此必須選擇具備具有現場總線良好應用業績的技術支撐合作方，實施現場總線技術的應用。這一點實踐證明非常是必要的。另一方面，也為業主培訓提供技術支持，負責解決現場總線實施過程中產生的技術問題。積極配合系統及現場總線設備供貨商，在電建公司及調試單位進行現場安裝、現場單體調試、現場網絡及設備通信調試過程中，向電建公司和調試單位提供技術咨詢和技術支持。
六、總結
建設數字化電廠必須解決現場控制設備級數字化,目前只有FCS 能夠完成現場控制設備級的數字化。FCS 的現場智能設備能將大量現場信息送入通信網絡,這是DCS、PLC 無法實現的。FCS 雙向數字通信現場總線信號制技術,是建設數字化電廠的基礎條件。
評論