现场总线在发电厂机组控制应用研究

现场总线控制技术作为一门新兴技术，已广泛、成功地应用在石化、化工、冶金、医药、市政工程、楼宇、建材等多个行业。与其形成鲜明对照的是现场总线技术在电厂过程控制中的实质性实施却始终不多，究其原因主要有以下几点[2]：

① 从2002年下半年开始，电力供应缺口导致大量电厂项目工程建设的主要精力放在如何在最短时间内完成项目设计任务，常规技术方案自然成为首选;

② 工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限于节省电缆、功能分散、设备信息数字化，缺乏应用的积极性;

③ 电厂过程控制回路具有相关度高、控制功能复杂、安全性和稳定性要求高等特点，要求对现场总线技术的切实掌握和实践验证;

④ 现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高，总线型设备的选择范围还相对较小，也在一定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程控制中的大量应用。随着认识的提高和技术的发展，这样的局面近期已有所改变。如在华能玉环电厂补给水、废水系统中成功实现了现场总线技术的全面应用，化水控制系统在较短时间内完成了安装、调试，并很快投入运行，由此说明了现场总线在电厂辅助生产控制系统中应用是完全可行的。

1 国内外现场总线火电厂应用现状

山东莱城电厂扩建工程3#、4#机组采用西门子TELEPERM-XP分散控制系统，400V及以下的电动机在开关柜中配套西门子公司的SIMOCODE电动机控制保护设备，通过ProfibuS现场总线与TELEPERM-XP相连接。目前电厂已投入运行，现场总线系统运行基本稳定。江阴夏港电厂5、6#机组(2×330MW)采用Fox-BORO公司的FA分散控制系统，380V开关柜采用西门子公司的SIMOCODE电动机保护控制设备，通过Profibus-DP与FA分散控制系统相连接。6kV马达采用WDZ400系列国产智能装置，重要信号通过硬接线与分散控制系统相连，其它信号通过Modbus总线与FA分散控制系统连接。浙江国华宁海发电厂(4×600MW )控制系统采用西门子TELEPERM-XP分散控制系统。现场总线控制系统的控制范围为闭式水系统34个现场总线电动门(现场总线电动门配AUMA公司的AUMATIC电动执行器)，现场总线标准为Profibus-DP，采用冗余总线接口与TELEPEM-XP连接。

华能玉环电厂(4×1000MW)在锅炉补给水系统、废水系统中完全采用Profibus现场总线技术通信的方式，将气动门电磁阀、气动调节阀、流量变送器、压力变送器、化学分析仪表、水泵电动机、风机电动机、加药变频器等控制设备连在一起。所有的底层设备都具有数字通信接口，从控制室到现场之间除了工作电源外，没有任何直接的控制硬接线，所有的控制室的指令和现场设备的状态信息都通过现场总线进行传输。目前已成功投入运行[3]。

上世纪90年代末，现场总线控制系统就已经在国外的电厂中得到应用，如SMAR公司的systern302就曾先后在美国的 Seattle Steam、Mohave Generation Plant、Duke power Oconee Nuclear Power Plant、墨西哥的Mazatlan、Guaymas、巴西的CESE等6个电厂中的15台锅炉上得到的应用。其中最大的锅炉容量为600t/h, 最大的单元机组容量为158MW，这些现场总线控制系统除了完成一般的数据采集功能之外，还实现了燃烧控制、给水控制、过热汽温控制、再热汽温控制、除氧器控制以及电机的启停控制、联锁保护和报警等功能。

德国Niederaussem电厂较全面地使用了现场总线。该厂采用了Profibus-DP和HART两种现场总线。整个系统包括900台马达、400个电磁阀、1000个阀门定位器和电动执行机构。这些智能设备均通过Profibus-DP与DPU相连。通过采用Profibus 现场总线系统，真正实现了全厂监控，提供更加完善有效的设备诊断功能，实现现场设备的远程编程和维护，实现了全厂数据的集中箕理，使设备的状态检修成为可能，提供更多的设备信息使操作和维护得到优化。

2 现场总线火电厂控制关键问题技术分析

通过多年来现场总线在多个行业的成功应用以及在电厂辅助生产系统的实施经验积累，特别是 Nieder - aussemK 机组及上海赛科项目中现场总线技术的全面成功运用[4]，为我们在国内火电机组控制上推广现场总线技术应用提供了有力的支持。推行现场总线在机组控制中的应用，应重点考虑以下几个方面的问题。

2.1 可靠性和可用性

电厂发电机组连续安全稳定运行是至关重要的。控制系统的可靠性是保证机组可用率的重要因素。为了提高系统的可靠性，现场总线技术(FF和Profibus)已经采用了多项措施，常用的有分散和冗余二项。

① 分散方面。对FCS系统而言，主要通过网络分散和控制分散来提高可用性。除去将一般控制功能下放到现场，设计中通过