蓋玉利

（國網(wǎng)能源寧夏鴛鴦湖電廠，寧夏 寧東 750410）

0 引言

現(xiàn)場總線在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有十多年的歷史，但在火電廠主機(jī)控制應(yīng)用不多，目前還處起步階段［1］。PROFIBUS為制造領(lǐng)域獨(dú)立的總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用與制造工業(yè)、過程自動(dòng)化和建筑自動(dòng)化領(lǐng)域，為國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。國網(wǎng)能源寧夏鴛鴦湖電廠一期工程建設(shè)規(guī)模為2臺660 MW超臨界、直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。DCS系統(tǒng)采用ABB公司最新推出的、基于現(xiàn)場總線技術(shù)、具有強(qiáng)大的過程控制功能的Industrial IT System 800xA系統(tǒng)。項(xiàng)目采用了現(xiàn)場總線控制方案，PROFIBUS現(xiàn)場總線控制范圍覆蓋鍋爐、汽機(jī)、煙氣脫硫及電氣馬達(dá)控制（MCC）等領(lǐng)域。

1 PROFIBUS現(xiàn)場總線控制范圍

火電機(jī)組主機(jī)采用現(xiàn)場總線控制目前還處在試點(diǎn)、探索階段，擔(dān)心當(dāng)總線故障時(shí)將會(huì)給機(jī)組安全運(yùn)行帶來影響。因此，目前很多項(xiàng)目對現(xiàn)場總線的應(yīng)用范圍還是考慮在輔助系統(tǒng)、非主要設(shè)備上進(jìn)行應(yīng)用?？刂乒δ芊矫?，主要考慮非主要、單操的設(shè)備或輔助系統(tǒng)的設(shè)備啟、?；蜷_、關(guān)操作控制。鴛鴦湖項(xiàng)目在這些方面進(jìn)行一些突破性應(yīng)用設(shè)計(jì)，納入現(xiàn)場總線控制的設(shè)備、工藝系統(tǒng)不僅局限于輔助系統(tǒng)或次要的單操設(shè)備。一些帶保護(hù)、聯(lián)鎖控制的設(shè)備也采用了現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行控制，最終納入現(xiàn)場總線控制的系統(tǒng)有：鍋爐疏水放氣系統(tǒng)；鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)；鍋爐制粉系統(tǒng)；汽機(jī)抽汽系統(tǒng)；汽機(jī)輔汽、軸封系統(tǒng)；汽機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)；脫硫系統(tǒng)。

控制功能有單操設(shè)備，也有涉及保護(hù)聯(lián)鎖的設(shè)備，如抽汽電動(dòng)門、軸封供汽門等均涉及保護(hù)聯(lián)鎖。除了熱控方面的設(shè)備外，對電氣MCC控制的強(qiáng)電設(shè)備，也把一些相應(yīng)的設(shè)備采用現(xiàn)場總線進(jìn)行控制，如鍋爐疏水泵、凝結(jié)水輸送泵等，現(xiàn)場總線直接接入電氣的MCC進(jìn)行控制。

2 800xA的PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ABB的800xA系統(tǒng)支持多種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型、帶分支的總線型、樹型、星型、環(huán)形等。同時(shí)支持光纖連接，采用光纖的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、樹型、星型、環(huán)形等。另外，還支持光纖、與雙絞線組合的混合連接。圖1為鴛鴦湖項(xiàng)目中使用的一種典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1 800xA典型PROFIBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在鴛鴦湖項(xiàng)目中，根據(jù)工藝系統(tǒng)及現(xiàn)場設(shè)備分布情況及控制特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線型、星型和環(huán)形均有。為防止干擾，延伸總線傳輸距離，現(xiàn)場總線設(shè)備均按工藝系統(tǒng)結(jié)合控制功能原則接入現(xiàn)場總線就地柜，然后就地控制柜采用冗余光纜接到電子間到的PROFIBUS-DP主站?？偩€型和星型用的最多，如抽汽電動(dòng)門控制、軸封控制、脫硫、鍋爐疏水泵控制等。在公用系統(tǒng)中，采用環(huán)形光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)配置

3.1 硬件配置

800xA系統(tǒng)現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)是全方位、完全冗余的，從控制使用的控制器、通信處理模件、傳輸線路，均是冗余的。對現(xiàn)場不具備冗余的設(shè)備，如閥門、泵等，800xA系統(tǒng)提供冗余與非冗余的轉(zhuǎn)換模件，系統(tǒng)的這個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)為現(xiàn)場設(shè)備提供了最大冗余接入條件。PROFIBUS現(xiàn)場總線使用的通信速率在大于500 kb/s時(shí)，傳輸距離協(xié)議要求最好不超過300 m。在應(yīng)用中為提高傳輸距離，最大程度的降低干擾，提高通信可靠性，對這些距離遠(yuǎn)的設(shè)備采用現(xiàn)場就地控制柜方案。把一些距離比較遠(yuǎn)、數(shù)量相對集中的設(shè)備，在現(xiàn)場設(shè)置就地控制柜，就地控制柜和電子間控制器之間采用了光纜連接，把這些設(shè)備接入系統(tǒng)。800xA系統(tǒng)提供各種方案的光纜接入方案，冗余、非冗余、線性、星型、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均支持。800xA系統(tǒng)全方位的現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)策略大大提高系統(tǒng)的可靠性，為現(xiàn)場總線的應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件。根據(jù)冗余設(shè)計(jì)原則，鴛鴦湖項(xiàng)目的PROFIBUS現(xiàn)場總線硬件配置如下：

PROFIBUS-DP通信處理模件：CI854（冗余）

電子間←→就地柜：冗余光纜連接

光電轉(zhuǎn)換裝置：赫斯曼的OZD G11或G12（冗余），OZD G11用于樹型連接，OZD G12用于環(huán)形光纜連接。

對非冗余現(xiàn)場DP設(shè)備，在就地柜安裝RLM01轉(zhuǎn)換裝置。

DP接頭：使用Profitech公司的金屬、快速連接頭，接頭帶通信診斷功能。

網(wǎng)段終端采用有源終端電阻，安裝在現(xiàn)場就地柜。

網(wǎng)段終端電阻采用有源終端電阻，安裝在現(xiàn)場就地控制柜，這樣在現(xiàn)場某些節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，不致因?yàn)樵O(shè)備的更換造成網(wǎng)絡(luò)中斷，大大方便了系統(tǒng)檢查及維護(hù)。

3.2 現(xiàn)場設(shè)備

現(xiàn)場設(shè)備主要指現(xiàn)場使用的儀表及控制設(shè)備，如測量的各種儀表、變送器，控制設(shè)備主要指閥門、馬達(dá)、泵、風(fēng)機(jī)、電氣開關(guān)等。鴛鴦湖項(xiàng)目現(xiàn)場設(shè)備沒有PA協(xié)議的測量儀表，都是控制設(shè)備，均為PROFIBUS-DP協(xié)議的設(shè)備。

德國EMG的閥門主要用在抽汽系統(tǒng)上，功能比較強(qiáng)大和完善，支持子站冗余和線路冗余功能。ABB的馬達(dá)保護(hù)器為M102-P，主要用于400 V馬達(dá)泵的控制，就地柜安裝在400 V馬達(dá)控制中心（MCC）。國產(chǎn)的電動(dòng)門主要用在汽機(jī)輔汽、軸封及脫硫等系統(tǒng)上，恒春的閥門支持線路冗余功能，應(yīng)用效果比蘭閥的電動(dòng)門方便、可靠。蘭閥的電動(dòng)門實(shí)際上用的是MODBUS協(xié)議，供貨商提供了一個(gè)MODBUS轉(zhuǎn)換為PROFIBUS-DP協(xié)議的模塊。盡管這個(gè)項(xiàng)目設(shè)備比較復(fù)雜，廠商比較多，但這些設(shè)備都成功的接入800xA系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)組態(tài)

800xA系統(tǒng)提供一體化的現(xiàn)場總線組態(tài)軟件。在應(yīng)用時(shí)，PROFIBUS現(xiàn)場總線組態(tài)非常方便，現(xiàn)場設(shè)備的組態(tài)簡單到類似一個(gè)普通I/O模塊，用戶只需把PROFIBUS現(xiàn)場總線設(shè)備（如閥門或泵等）看作一個(gè)包含輸入、輸出信號的常規(guī)I/O模件即可，其它的與常規(guī)硬接線I/O信號組態(tài)沒任何區(qū)別。組態(tài)分硬件組態(tài)和軟件組態(tài)，在組態(tài)之前，需把檢查系統(tǒng)是否有將使用的現(xiàn)場總線設(shè)備的設(shè)備庫。若沒有，則需要到ABB的Solution Bank網(wǎng)站去下載，然后導(dǎo)入800xA系統(tǒng)即可。

4.1 硬件組態(tài)

硬件組態(tài)的內(nèi)容主要包括添加主站、添加子站和參數(shù)設(shè)置。添加PROFIBUS-DP主站，確認(rèn)主站是否冗余，設(shè)置主站地址，冗余方式，通信速率等。通信速率一般采用500 kb/s，其它參數(shù)可以采用缺省設(shè)置（圖2），系統(tǒng)會(huì)根據(jù)接入設(shè)備數(shù)量自動(dòng)相關(guān)通信時(shí)間參數(shù)。

添加子站，子站不需要設(shè)置通信速率等參數(shù)，這些由主站確定。設(shè)置子站地址，子站地址要求與實(shí)際設(shè)備設(shè)置的地址一致。設(shè)備及廠商不同，其子站地址設(shè)置方法也往往不同。有使用硬件撥碼設(shè)置地址（如EMG的電動(dòng)門），也有使用供貨商提供的設(shè)置工具或軟件設(shè)置地址 （軟地址），如ABB的M102-P馬達(dá)控制器，隨機(jī)配有相應(yīng)的軟件、數(shù)據(jù)線?？稍诂F(xiàn)場采用便攜式筆記本電腦進(jìn)行設(shè)置。恒春的閥門則使用其提供的遙控器進(jìn)行設(shè)置。子站的其它參數(shù)設(shè)置根據(jù)廠商提供的說明書進(jìn)行設(shè)置，如閥門可以設(shè)置為調(diào)節(jié)門，也可以設(shè)置為開關(guān)門。子站地址需注意其數(shù)值進(jìn)制，有些廠商的為十六進(jìn)制地址，而800xA系統(tǒng)上設(shè)置的均為十進(jìn)制地址，需注意匹配。

添加子站的數(shù)據(jù)表，該表定義了各子地址對應(yīng)的信號及信號類型。

圖2 PROFIBUS-DP主站參數(shù)設(shè)置

4.2 軟件組態(tài)

PROFIBUS現(xiàn)場總線的軟件組態(tài)與常規(guī)硬接線信號組態(tài)一樣，選擇與硬件組態(tài)中信號表對應(yīng)的I/O類型，輸入信號名稱（一般采用KKS碼）及描述，然后把該信號分配到硬件組態(tài)中相應(yīng)的PROFIBUS子站設(shè)備即可。在做軟件組態(tài)時(shí)，有不少設(shè)備的信號不能直接引用，需進(jìn)行解碼（輸入）或編碼（輸出）。如恒春和蘭閥的閥門，其設(shè)備狀態(tài)和輸出指令是一個(gè)狀態(tài)字和控制字，閥門的開關(guān)狀態(tài)需根據(jù)該狀態(tài)字的值進(jìn)行判斷（即解碼），而不是可以直接引用的布爾量。表1為恒春閥門狀態(tài)字的格式及意義。

表1 恒春閥門狀態(tài)字的格式及意義

5 在線調(diào)試與診斷

在線調(diào)試與診斷功能對通信的調(diào)試、故障診斷、通信判斷、問題處理及運(yùn)行維護(hù)非常重要，800xA提供功能強(qiáng)大的在線調(diào)試和診斷功能，在工程師站可以對PROFIBUS的通信狀態(tài)進(jìn)行診斷和監(jiān)視，然后根據(jù)診斷信息可以快速處理通信問題。

在組態(tài)下裝后，在線方式下可以對PROFIBUSDP主站、從站及通信狀態(tài)進(jìn)行診斷和監(jiān)視，故障以文字、信息、符號及顏色等多種方式進(jìn)行顯示。如節(jié)點(diǎn)找不到，將顯示“Slave doesn’t exist”，同時(shí)該子站前顯示紅色三角框。

800xA還提供網(wǎng)頁 （Web）方式的診斷功能，CI854/CI854A的PROFIBUS接口提供Web接口功能，主要用于調(diào)試、通信檢查、故障診斷等。Web接口可以使用標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器如微軟的Internet Explorer打開，在地址欄輸入CI854所在控制器的IP地址就可以啟動(dòng)Web接口。如果一切正確，系統(tǒng)將彈出登錄窗口，輸入用戶名和密碼，即可進(jìn)入Web接口。Web接口窗口分2部分，左邊為菜單，顯示可以使用的各種功能，右邊為內(nèi)容，即每個(gè)功能對應(yīng)的系統(tǒng)信息。一些功能只是一些簡單的、可察看的信息。一些功能需要額外的輸入才能操作，這些特定的輸入信息在窗口右半部的頂部輸入，窗口底部還可以設(shè)置讀數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)更新的時(shí)間。800xA系統(tǒng)PROFIBUS現(xiàn)場總線Web接口提供的功能主要有：設(shè)定地址、節(jié)點(diǎn)接入列表、循環(huán)時(shí)間察看、一般狀態(tài)察看、主站參數(shù)設(shè)置、從站診斷、從站組態(tài)、從站I/O、固件信息、硬件信息、讀取切換、內(nèi)存故障、調(diào)試、服務(wù)文件、修改密碼等。

6 結(jié)語

鴛鴦湖項(xiàng)目是ABB公司800xA系統(tǒng)在國內(nèi)大型火電機(jī)組上首次應(yīng)用，也是PROFIBUS現(xiàn)場總線在大型火電機(jī)組的應(yīng)用。項(xiàng)目選用了4個(gè)廠商的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線設(shè)備，這些設(shè)備都成功的接入了DCS系統(tǒng)，取得了很好的應(yīng)用效果?，F(xiàn)場總線控制在火力發(fā)電廠主機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用還處在探索階段，目前對涉及保護(hù)、聯(lián)鎖的及電氣馬達(dá)控制 （MCC）等設(shè)備采用現(xiàn)場總線仍比較謹(jǐn)慎。而這些在本項(xiàng)目中都進(jìn)行了應(yīng)用，取得良好效果。800xA系統(tǒng)現(xiàn)場總線的全方位冗余設(shè)計(jì)功能，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念為現(xiàn)場總線在電廠中的應(yīng)用提供了可靠保障。系統(tǒng)從2010年12月30日1號機(jī)完成168 h運(yùn)行，到目前一直運(yùn)行穩(wěn)定，為現(xiàn)場總線在電廠DCS中的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。