現(xiàn)場總線PROFIBUS在華能金陵電廠中的應(yīng)用探討-共24頁P(yáng)PT課件

1、 現(xiàn)場總線PROFIBUS在華能金陵電廠中的應(yīng)用探討 華能南京金陵發(fā)電有限公司 管春雨 萬勇0 前言0.1有人把它定義為應(yīng)用于現(xiàn)場的控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行裝置之間實(shí)行進(jìn)行雙向數(shù)字通信的串行總線系統(tǒng)。 也有人把它稱為應(yīng)用于現(xiàn)場儀表與控制室主機(jī)系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字的、雙向、多點(diǎn)的通信系統(tǒng)。 總之，在對現(xiàn)場總線的描述中，開放、全數(shù)字、串行通信等字眼是少不了的。0 前言0.2 國際電工委員會在IEC61158中給現(xiàn)場總線下了一個定義：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。 在該定義中，首先說出了它的主要使用場合；其次說出

2、了系統(tǒng)中的主要角色是誰；第三點(diǎn)說它是一種數(shù)據(jù)總線技術(shù)，即一種通信協(xié)議，而該通信是數(shù)字式的（非模擬式的）、串行的（可以進(jìn)行長距離的千米級通信，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際需求）、多點(diǎn)的（真正的分散控制）。這三點(diǎn)描述了現(xiàn)場總線技術(shù)中最實(shí)質(zhì)性的方面。 0 前言0.3現(xiàn)場總線發(fā)展初期，各大自動化公司分別推出自己的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，類型多達(dá)40多種，2019年12月底，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織最終確定了8種總線標(biāo)準(zhǔn)，目前普遍認(rèn)為，比較適合電廠熱工自動化的是PROFIBUS和FF, 本文以華能金陵電廠采用的PROFIBUS總線為例，探討現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用。 1.現(xiàn)場總線PROFIBUS介紹 1.1PROFIBUS是l

3、987年德國聯(lián)邦科技部制訂的現(xiàn)場總線德國國家標(biāo)準(zhǔn)，目前是IEC 61158國際標(biāo)準(zhǔn)中的Type3部分。物理接口采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇榫€性總線兩端加終端電阻。1.2根據(jù)總線結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)任務(wù)的不同，PROFIBUS由3個兼容部分組成，即PROFIBUS FMS、PROFIBUS DP、PROFIBUS PA。1.現(xiàn)場總線PROFIBUS介紹 1.3三種系列的PROFIBUS均使用一致的總線存取協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層采用混合介質(zhì)存取方式，即主站間按令牌方式，主站和從站間按主從方式工作，從站只是響應(yīng)一個主站的請求，它們對總線沒有控制權(quán)。DP和FMS使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因而這兩套

4、系統(tǒng)可在同一根電纜上同時操作，PA和DP之間使用分段耦合器能方便地集成在一起。1.4PROFIBUS上連接著的每一總線設(shè)備在用戶接口中存在著GSD(設(shè)備性能描述文件)，用于描述設(shè)備所具有的不同性能特征，包括如總線參數(shù)、I/O數(shù)量、診斷信息等，以達(dá)到即插即用。2.現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)在華能金陵電廠的應(yīng)用介紹： 2.1火電廠機(jī)組控制功能從簡單到復(fù)雜分布很廣，有單回路、串級調(diào)節(jié)回路，也有多輸入多輸出的交叉耦合控制系統(tǒng)，還有可靠性要求很高的快速保護(hù)聯(lián)鎖邏輯。華能金陵電廠二期21000MW超超臨界燃煤機(jī)組作為國內(nèi)百萬機(jī)組首次大范圍應(yīng)用現(xiàn)場總線的示范工程，為保證配置安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，在DCS控制

5、器的配置數(shù)量上沒有減少，調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯仍按照工藝系統(tǒng)劃分在不同控制器中集中處理。鑒于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)、汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）和給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）對機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要，回路處理速度要求高，因此我廠對上述系統(tǒng)還是采用常規(guī)控制方式。 2.現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)在華能金陵電廠的應(yīng)用介紹： 2.2 DCS系統(tǒng)采用西門子基于PR0FIBUS總線技術(shù)的SPPA T3000控制系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)見圖一），單元機(jī)組中使用了23對冗余控制器(AP101APl23，不包含DEH控制器)，其中包含20

6、對FCS控制器(鍋爐側(cè)13對，汽輪機(jī)側(cè)7對)，用作現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的PROFIBUS主站。目前1機(jī)組總線對象975個，鍋爐側(cè)現(xiàn)場總線通信柜20個，汽機(jī)側(cè)現(xiàn)場總線通信柜11個。公用系統(tǒng)控制器2個，現(xiàn)場總線通信柜2個，總線對象14個。單元機(jī)組的DP設(shè)備包括電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、馬達(dá)控制器、分析儀表、變頻器等，PA設(shè)備包括壓力變送器、溫度變送器、流量計(jì)、定位器及液位計(jì)等。冗余PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個單元機(jī)組的鍋爐房、汽機(jī)房及電氣MMC間。為了提高總線控制的可靠性，我們采取了DP冗余總線配置方案，現(xiàn)場DP設(shè)備選用DP雙冗余接口。 2.現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)在華能金陵電廠的應(yīng)用介紹：2.現(xiàn)場總線PROFI

7、BUS技術(shù)在華能金陵電廠的應(yīng)用介紹：2.3輔助生產(chǎn)系統(tǒng)（水、煤、灰以及脫硫）的控制以開關(guān)量程序控制為主，僅存在少量的簡單連續(xù)調(diào)節(jié)。而PLC具有邏輯處理功能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)、采購成本較低等特點(diǎn)，在電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)中有深厚的應(yīng)用基礎(chǔ)，因此我廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)采用PLC控制，其中補(bǔ)給水控制、凝結(jié)水控制、凈廢水控制、脫硫控制采用以PLC為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線，所有控制邏輯在PLC控制器中實(shí)現(xiàn)，其中凈廢水控制采用西安熱工院研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS-165，其余控制系統(tǒng)采用西門子的S7系列具有PROFIBUS總線的PLC。2.現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)在華能金陵電廠的應(yīng)用介紹：

8、2.4以DCS控制器AP102為例，現(xiàn)場總線由控制柜的雙DP主站引出，通過光電轉(zhuǎn)換模塊(OLM)經(jīng)光纖延伸到現(xiàn)場，連接1個DP冗余網(wǎng)段、1個DP網(wǎng)段和2個PA網(wǎng)段，DP網(wǎng)段分2組，均用DPDP鏈接器把單接口就地DP設(shè)備接入冗余DP總線，第1組用來連接系統(tǒng)內(nèi)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用菊花鏈型連接方式；第2組通過Y-LINK連接馬達(dá)控制器（單口），在每段DP總線的末端單獨(dú)增加1個有源終端電阻，使傳輸線路阻抗匹配，保證通信的可靠性。PA網(wǎng)段由DPPA鏈接器從冗余DP總線上接出，連接測量變送器信號。 2.現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)在華能金陵電廠的應(yīng)用介紹：3.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 3.1現(xiàn)場總線設(shè)備的

9、智能化和全數(shù)字化，使設(shè)備管理網(wǎng)絡(luò)化成為現(xiàn)實(shí)?，F(xiàn)場總線設(shè)備將微處理器置入現(xiàn)場智能設(shè)備中，具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理等功能可在現(xiàn)場總線設(shè)備中完成?，F(xiàn)場總線技術(shù)不僅能傳送過程I0信號，還能傳送非過程數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)包括組態(tài)下載、遠(yuǎn)程操作和整定參數(shù)及設(shè)備管理所需參數(shù)(如診斷、狀態(tài)、校驗(yàn)數(shù)據(jù))，使設(shè)備的信息量大大增加，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修、性能優(yōu)化控制和優(yōu)化管理奠定了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：3.2現(xiàn)場總線能提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。3.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：3.3開放性、互操作性與互換性。4.應(yīng)用現(xiàn)場總線實(shí)施過程的注意事項(xiàng)： 4.1我廠在確定DCS系統(tǒng)后，與

10、DCS公司進(jìn)行技術(shù)交流，它們按PROFIBUS總線標(biāo)準(zhǔn)，提供在以往工程實(shí)踐中具有良好應(yīng)用業(yè)績的現(xiàn)場總線設(shè)備廠商名單，我們與設(shè)計(jì)院確定重點(diǎn)品牌范圍，積極聯(lián)系各總線設(shè)備廠家提供總線設(shè)備樣品送DCS公司進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)測試，西安熱工院作為技術(shù)支持方出具測試報(bào)告，最終設(shè)備選型僅在通過測試的產(chǎn)品中選擇。4.2現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和網(wǎng)段劃分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，根據(jù)總線設(shè)備的地理位置和功能的相關(guān)性來確定，同時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信速度和網(wǎng)段循環(huán)時間來確定每個控制器和網(wǎng)段所掛設(shè)備的數(shù)量，預(yù)估總線循環(huán)時間是否滿足系統(tǒng)要求，PROFIBUS總線循環(huán)時間主要與網(wǎng)絡(luò)通信波特率、從站數(shù)量、從站IO數(shù)據(jù)的總字節(jié)量和從站通信延遲時間有關(guān)。4.應(yīng)用

11、現(xiàn)場總線實(shí)施過程的注意事項(xiàng)4.3根據(jù)總線儀表和設(shè)備的地理分布實(shí)際位置、電纜橋架的走向等要盡早完成設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)這些設(shè)計(jì)圖，再設(shè)計(jì)各支路連接的設(shè)備及設(shè)備排列順序，同時根據(jù)相對集中的原則來確定總線通信柜的位置，與常規(guī)施工圖不同的是，施工圖根據(jù)設(shè)計(jì)總線儀表和設(shè)備的地理位置，估出每段電纜的長度。施工單位在敷設(shè)總線電纜時，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)橋架和走向，并記錄每條總線電纜的長度，如設(shè)計(jì)長度與實(shí)際長度偏差大時，要及時與設(shè)計(jì)院聯(lián)系。 4.4總線設(shè)備對接地要求較高，處理不好會對通信穩(wěn)定性造成影響。PROFIBUS電纜屏蔽層對數(shù)據(jù)電纜進(jìn)行屏蔽，為了使屏蔽有效，必須將其與等電勢連接系統(tǒng)相連。我廠處理原則為：在鍋爐區(qū)域，

12、DP設(shè)備的屏蔽接地首選為直接接至電氣二次地網(wǎng)的扁鋼，其次為鍋爐鋼架；在汽機(jī)房，DP設(shè)備的屏蔽接地直接接至電氣二次地網(wǎng)的扁鋼。屏蔽電纜接至扁鋼或鍋爐鋼架，必須保證良好接觸。如果DP設(shè)備所在區(qū)域附近無扁鋼或鍋爐鋼架等可靠接地點(diǎn)，接地電阻可能大于4歐姆時，要通知設(shè)計(jì)院和DCS公司，另外考慮此設(shè)備的接地連接。4.應(yīng)用現(xiàn)場總線實(shí)施過程的注意事項(xiàng)4.5總線設(shè)備對現(xiàn)場布線和接線要求高。電纜敷設(shè)時禁止電纜打結(jié)，并要大于電纜規(guī)定彎曲半徑，如果PROFIBUS電纜敷設(shè)完畢后，同一個橋架內(nèi)還要敷設(shè)其它電纜，注意不要對先前敷設(shè)的電纜造成損壞，因此盡量最后敷設(shè)PROFIBUS電纜?？偩€電纜現(xiàn)場布線時，為避免數(shù)據(jù)傳輸錯誤

13、，與可能造成干擾的電纜間隔距離盡量遠(yuǎn)，最好布置與不同橋架，與1000V以上電源電纜并行時，距離至少30厘米。不允許無屏蔽的通訊線與電源線纏繞。盡量減少與可能造成干擾的電纜并行走線，必須與電源電纜交叉時盡量采用直角交叉。當(dāng)總線電纜和電源電纜共用同一橋架橋時，要采用金屬隔板在橋架中分隔。當(dāng)電纜通過復(fù)雜電磁環(huán)境（如變頻器等強(qiáng)干擾源）或離開橋架后須用金屬套管保護(hù)。加強(qiáng)對施工人員的接線培訓(xùn)，編制總線接線工藝標(biāo)準(zhǔn)，過程監(jiān)督檢查接線質(zhì)量。接線質(zhì)量不高是總線系統(tǒng)運(yùn)行的極大隱患。4.6總線部分的邏輯組態(tài)由于需要詳細(xì)的設(shè)備類型，要求主輔機(jī)設(shè)備供應(yīng)商盡早提供配供的總線設(shè)備具體型號，否則總線部分組態(tài)的現(xiàn)場工作量會很大

14、。 5.應(yīng)用現(xiàn)場總線的探討 5.1眾所周知，采用現(xiàn)場總線技術(shù)可以減少電纜和電纜橋架的用量，當(dāng)需要增加現(xiàn)場總線設(shè)備時，也可就近連接在已有的現(xiàn)場總線網(wǎng)段上，既節(jié)省投資，又減少調(diào)試工作量。但是要充分考慮到現(xiàn)場總線智能化設(shè)備對于提高投資的影響，同時為了提高總線控制的可靠性，現(xiàn)場DP設(shè)備我廠均選為雙冗余接口，這在一定程度上也增加了現(xiàn)場總線的布線。目前初步預(yù)計(jì)總線系統(tǒng)投資總額將超過常規(guī)系統(tǒng)。但是從長遠(yuǎn)考慮，因?yàn)橛辛司W(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備管理所帶來的較低的維護(hù)及運(yùn)行成本，以及智能化現(xiàn)場總線設(shè)備具有更多的故障自診斷能力，檢修管理人員通過設(shè)備診斷和管理軟件查詢設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和檢查故障，以便早期分析故障原因并快速排除。大量基礎(chǔ)資料為制定檢修方案和計(jì)劃提供數(shù)據(jù)，從而節(jié)約維修費(fèi)用，降低生命周期成本。因此，應(yīng)用現(xiàn)場總線所產(chǎn)生的節(jié)省費(fèi)用，是對控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)、發(fā)展的整個生命周期來計(jì)算的。 5.應(yīng)用現(xiàn)場總線的探討5.2現(xiàn)場總線產(chǎn)品的可選范圍相對較少，輔機(jī)配套廠家對現(xiàn)場總線理解不夠，供貨方面發(fā)生偏差概率增加。 5.應(yīng)用現(xiàn)場總線的探討5.3要加強(qiáng)施工單位、電廠工程技術(shù)人員的培訓(xùn)。工程技術(shù)人員要加強(qiáng)現(xiàn)場總線技術(shù)的學(xué)習(xí)，逐步形成現(xiàn)場總線控制技術(shù)的工程應(yīng)用能力。運(yùn)行和維護(hù)人員能通過信息管理和診斷軟件，及時了解總線儀表和設(shè)備運(yùn)行狀況，通過診斷數(shù)據(jù)，提前預(yù)警