2023火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線在運(yùn)煤自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線在火電廠運(yùn)煤自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用調(diào)研報(bào)告2023PAGEPAGE11現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化系統(tǒng)中一種把大量現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備和操作級(jí)設(shè)備相連的工業(yè)由現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備組成的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）I/O流/電壓信號(hào))；而現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/制裝置/是采用數(shù)字式通信方式取代設(shè)備級(jí)的模擬量/有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。80IECIEC61158Ed.420PROFIDBUSDeviceNetCANopenModbusControlNetFoundationFieldbusIEC61158總線技術(shù)具有以下特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)；通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性；功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性；控制功能可下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。和管理人員，對(duì)整個(gè)工藝過程的監(jiān)控和管理都是智能化、數(shù)字化和透明化的。近年來，我國(guó)電力行業(yè)快速發(fā)展，特別是隨著設(shè)計(jì)、制造、安裝等技術(shù)的1000MWI/OI/O的監(jiān)控測(cè)點(diǎn)通過控制電纜以硬接線的方式納入控制系統(tǒng)，該方式是傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)I/O2輸煤系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析提升系統(tǒng)智能化水平，提升運(yùn)維效率IOHMIIOIO提高系統(tǒng)控制精度DCS/PLCIOIODCS/PLC（2上總線控制方案，IO18004000相應(yīng)的控制指令，及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)問題，提高了系統(tǒng)的整體控制精度。和穩(wěn)定性都優(yōu)于模擬量?jī)x表和混合式儀表，消除了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)中A/DD/ARTD4-20mA信號(hào)傳輸給輸煤控制系統(tǒng)，精度大幅提高。節(jié)省大量控制電纜IO個(gè)主要特征就是膠帶機(jī)距離長(zhǎng)，輸煤工藝設(shè)備十分分散。若采用常規(guī)PLC/DCS600MWIO1/103輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線方案和技術(shù)特點(diǎn)輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線方案縱觀近幾年國(guó)內(nèi)輸煤總線控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀，總體有以下兩種總線方案：不完全的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案和完全的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案。MODICONABSIEMENSPLCDCSDPU（冷PLCCPUIOIOIO380VIOIOIOCPU域的相關(guān)連鎖控制，系統(tǒng)可靠性相應(yīng)有所提高。CPUDPU，將原來由主CPUIOCPUIOIO本次規(guī)范修編針對(duì)國(guó)內(nèi)兩種不同技術(shù)路線的輸煤現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)廠家進(jìn)行了IO案和以西安博恒為代表的電力線式現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案。分布式IO現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案IOPLCDCSPLC設(shè)備間，在輸煤控制室設(shè)置冗余的操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤系統(tǒng)的控制。脫離主站DPU獨(dú)立運(yùn)行該區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。IOI/OI/OI/OI/O380VPC段上通過馬保供電和控制的設(shè)備（380V），I/O6/10kV（6/10kV），I/O接口控制。IOIOIO220VIO現(xiàn)場(chǎng)一般一起敷設(shè)。I/O/電廠的需要而采用不同的標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，如：Profibus-DPProfibus-DP速率、通訊距離和抗干擾性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，一般新建電廠項(xiàng)目采用Profibus-DP考慮兼容原有輸煤程控系統(tǒng)所支持的協(xié)議。3.1IO3.2IO柜總線型馬達(dá)保護(hù)控制器的總線通訊網(wǎng)絡(luò)圖。PAGEPAGE1圖3.1基于分布式IO現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案的輸煤控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總圖圖3.1某轉(zhuǎn)運(yùn)站區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制器與分布式IO裝置總線網(wǎng)絡(luò)連接圖PAGEPAGE1電力線式現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案PLCDCSPLC設(shè)備間，在輸煤控制室設(shè)置冗余的操作員站實(shí)現(xiàn)對(duì)輸煤系統(tǒng)的控制。DPUIO模塊用于與膠帶機(jī)開關(guān)柜及附近設(shè)備如軟啟動(dòng)器、料位計(jì)、倒斷帶裝置等進(jìn)6kVRTDPLC控制，則直接在控制箱旁設(shè)置通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換單元與PLC常規(guī)IOIOIO模塊同樣通過電力總線通訊協(xié)議接入膠帶機(jī)區(qū)域主控裝置；對(duì)于各輸煤膠帶DPU。與分布式IOIO交流電源供電，也同時(shí)用于總線通訊，電力線式通訊實(shí)質(zhì)是載波通訊，故IOProfitbus-DPDP圖3.3為某新建電廠工程基于電力線式現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方案的輸煤控制系統(tǒng)3.4開關(guān)柜的區(qū)域總線通訊網(wǎng)絡(luò)圖。PAGEPAGE1圖3.3電力線式現(xiàn)場(chǎng)總線輸煤控制系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)圖圖3.4某轉(zhuǎn)運(yùn)站主控單元與各分控裝置電力總線網(wǎng)絡(luò)連接圖PAGEPAGE14輸煤現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用案例調(diào)研情況分布式IO現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在部分電廠中的應(yīng)用2x1050MW201510kV、380VIOPLCCPU+3CPUPLCIO與附件的就地設(shè)備信號(hào)進(jìn)行硬接線接口采集，各控制器之間采用DP纖控制網(wǎng)絡(luò)均為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。380VPC，PCMCC380VProfibus-DPDP10kV4AB6AB8AB0ABPLCI/ODP運(yùn)行效果：電廠輸煤程控系統(tǒng)自投運(yùn)以來安全、穩(wěn)定運(yùn)行。201310kV380VIODCSDPUABBSymphonyPlusIODPU3總線技術(shù)的基本控制理念是針對(duì)輸煤控制系統(tǒng)的每一個(gè)被控對(duì)象設(shè)置一臺(tái)分布IODPIO）以一定的原則分組，每組內(nèi)的總線設(shè)備之間，以就近接入為原則，以冗余的PROFIDBUS-DP冗余總線相互連接，而后接入布置于轉(zhuǎn)運(yùn)站的輸煤遠(yuǎn)程站區(qū)域主10kVA、B380VPCA、B10kV380VPC10kV380VPC10kV、380VPC皮帶制動(dòng)器等同時(shí)存在就地配IOIOIO實(shí)現(xiàn)對(duì)總線型皮帶保護(hù)裝置的總線供電功能。運(yùn)行效果：電廠輸煤程控系統(tǒng)自投運(yùn)以來安全、穩(wěn)定運(yùn)行。2×350MW年開工，2017NT6000FCSFCSFCSNT6000DPUIO采用了雙冗余通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該工程各類設(shè)備接入輸煤程控系統(tǒng)的方式具體如下：380VPCMCCProfibus-DP達(dá)保護(hù)控制器和框架斷路器測(cè)控裝置，以雙網(wǎng)的形式通訊接入轉(zhuǎn)運(yùn)站區(qū)域控制6kV6kVIOIOFCSIOIO運(yùn)行效果：電廠輸煤程控系統(tǒng)自投運(yùn)以來安全、穩(wěn)定運(yùn)行。電力線式現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在部分電廠中的應(yīng)用2x600MW，中南電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，2014開工，201610kV380VPCMCC線總體采用單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。10kVI/OAI10kV柜（10kV）BH-FTBUS380VPCCT/PTBH-FTBUS至輸煤程控主站。其余均采用集現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備和工藝配電于一體的智能化總線電控箱。FOXBRODCSDPU輯采用西安博恒的FPU控制器實(shí)現(xiàn)，上位操作、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能則仍由FOXBRODCS（1DPU）實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)目布置于現(xiàn)場(chǎng)的主控裝置與布置于輸煤程控室FPU處理器之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)，單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。FPUDCSDPU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。FPU（1）DCSDPU（1）在輸煤綜合樓電子間內(nèi)并排緊靠布置。RJ45不良而導(dǎo)致DCS控制系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定。DCSFOXBRODCSDPU等快速變化DCSDCS在DCS畫面?zhèn)蕊@示未連接或連接錯(cuò)誤，以致現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生問題后故障診斷記錄不完善。后續(xù)該項(xiàng)目進(jìn)行了改造，增加了一套西安博恒的FPU控制器，獨(dú)立于DCS系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和歷史記錄，F(xiàn)PUDCS2x1000MW，由國(guó)核電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，2016年開工，2018年投產(chǎn)。該項(xiàng)目的輸煤控制系統(tǒng)整體采用了電力線式現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方案。DCS，DCSDPU，DPU工業(yè)以太網(wǎng)單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。ProfibusDCSIO通訊超時(shí)信號(hào)外，整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，正常。京能秦皇島熱電機(jī)組項(xiàng)目，裝機(jī)容量為2x300MW，設(shè)計(jì)，2017，2019式現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方案。該項(xiàng)目全廠DCS系統(tǒng)為和利時(shí)控制系統(tǒng)，但由于DCS的掃描周期較慢FPUFPUDCSDPUFPUFPUWeb間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接。PC力線現(xiàn)場(chǎng)總線接入?yún)^(qū)域主控裝置。該系統(tǒng)區(qū)別于其它項(xiàng)目的最大特點(diǎn)在于：整個(gè)系統(tǒng)全部采用分布式設(shè)計(jì)理FPUFPUPLCDCS，F(xiàn)PU萬點(diǎn)的控制信息量考慮，系統(tǒng)的掃描周期可以達(dá)到20ms，是目前常規(guī)PLC/DCSWebFPU錄中監(jiān)視記錄。該項(xiàng)目作為京能集團(tuán)的科技計(jì)劃項(xiàng)目，目前已通過集團(tuán)組織的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收階段。5輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用范圍FCSDCS/PLC際工程經(jīng)驗(yàn)和調(diào)研，提出如下觀點(diǎn)和建議。不建議輸煤采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用范圍這些移動(dòng)式設(shè)備更適合采用局部或整體無線傳輸方案來傳輸信號(hào)；在6kV/10kVIO統(tǒng)，總線通訊往往只作為補(bǔ)充信息的采集手段，因此，輸煤系統(tǒng)中的6kV/10kV電動(dòng)機(jī)開關(guān)柜也不建議直接采用總線通訊的方式。建議輸煤采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用范圍5.1“業(yè)主的需求確定。在這些范圍內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)具備以下幾個(gè)基本特征：1）所采用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及通訊協(xié)議，應(yīng)滿足輸煤控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求；DPUPLCDCS/PLC通過采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，充分利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信功能所提供的智能化信值；IO根據(jù)以上原則，針對(duì)燃煤火電機(jī)組輸煤系統(tǒng)應(yīng)用總線的方式推薦如下：序號(hào)應(yīng)用設(shè)備是否采用總線備注1皮帶輸送機(jī)整體采用現(xiàn)場(chǎng)總線皮帶機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制和測(cè)溫適宜在就地設(shè)備總線IO訊方式接入輸煤控制系統(tǒng)。2其他工藝設(shè)備整體采用現(xiàn)場(chǎng)總線布置在皮帶沿線和轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)的其他工藝設(shè)備例IO煤程控系統(tǒng)。3皮帶保護(hù)傳感器整體采用現(xiàn)場(chǎng)總線沿線傳感器適宜采用現(xiàn)場(chǎng)總線接入輸煤控制系IO式進(jìn)行通訊接入。4低壓配電間內(nèi)設(shè)備根據(jù)情況確定輸煤系統(tǒng)低壓配電柜內(nèi)信號(hào)比較集中，灰塵較與輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行總線通訊。6輸煤現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)項(xiàng)目實(shí)施建議制系統(tǒng)的品質(zhì)：PLCDCSPLCDPU證主站的可靠性。用雙冗余網(wǎng)絡(luò)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，保證系統(tǒng)任一一處單一接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障，不會(huì)造成系統(tǒng)整體癱瘓。模塊冗余、總線線纜冗余、總線設(shè)備接口冗余的原則。PROFITBUS-DPDPDPDP通信模塊的兩個(gè)擴(kuò)展分支接口。（1號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站膠帶機(jī)A