现场总线在发电厂机组控制应用研究

上层网络的区域划分和下层网络的风险管理等，做到一个回路的故障不影响到另一个回路。在工程设计中，建议主要控制策略还是采用常规DCS应用方式，按工艺系统分散在不同的控制器内实现，功能分散能够满足要求。火电厂机组控制中存在大量控制回路之间的相互联锁、信号交换，当不同检测控制设备处在不同网络分段时，如何确保它们之间联锁、交换信号的实时可靠性将是一个需要关注的问题。

② 冗余方面。现场总线系统通过主站网络冗余、变送器冗余、总线电源冗余、链路设备冗余、控制器冗余、冗余分离等实现。其中链路设备、电源、主站网络和操作员站冗余是现场总线系统常用的冗余措施。在工程设计中可以对所有具有冗余总线接口的电动执行机构、马达驱动控制装置等设备考虑采用冗余总线连接;控制系统中所有总线电源也应该冗余配置。目前FF的Hl和Profibus-DP已实现了网段介质冗余，但由于Prfibus-PA设备通常没有冗余接口，PA网段还没有实现冗余。对此，在工程设计中可通过将冗余配置的变送器等总线设备分散在不同网络分段中来提高系统的可靠[5-6]。

通过诊断可以提高系统的可用性。如冗余的备用设备状况和切换状况，通过诊断，证明冗余的备用状况和切换情况，从而警示操作员更换冗余设备组中故障部分，使其准备好在下次故障发生时能正常投入。

另外，为提高系统的可靠性，整个现场范围内的通信光缆应至少有50%的冗余量。同时为了在一路通信光缆发生损坏情况下不影响通信的正常进行，应使用两种光缆路径敷设。因为互联到现场总线的计算机或控制器可以方便地被其它计算机监控，因此，现场总线技术的电厂应用是可靠的。

2.2 实时性

在火电厂机组控制运用现场总线控制技术，现场总线的实时性是一个需要关注的内容。我们对一些潜在供货商的控制系统进行了了解。其中，Profibus总线的数据为：一个典型的通过Profibus-PA总线连接的智能仪表的响应时间为10ms;一个典型的通过 Profibus-PA总线连接的执行机构的响应时间为15ms;一个Profibus-DP从站的响应时间<0.3m;Profibus总线系统中一条DP分支的查询循环周期是2ms;一条PA分支的查询循环周期是80ms。

在DCS技术规范中对现场信号的采集周期要求为：所有模拟量输入每秒至少扫描和更新4次，所有数字量输入每秒至少扫描和更新10次。为满足某些需要快速处理的控制回路要求，其模拟量输入信号应达到每秒扫描8次，数字量输入信号应达到每秒扫描20次。由此可见，Profibus总线和FF总线完全能够满足机组控制对一般输入、输出信号处理的实时性的要求。鉴于目前FF总线宏周期一般在100ms-1s之间，这还无法满足电厂机组控制中的快速处理回路的时间(50ms左右)要求。因此，系统中为安全或快速响应而设置的开关量信号，我们还是考虑采用常规DCS的FO模块来处理。

2.3 故障影响性

现场总线控制系统的网络设计至关重要，不仅要根据系统I/O点的规模，而且要根据设备的地理分布、功能的相关性等因素。设计各层网络的覆盖范围，支路的数量，支路及分支的长度、各分支的设备数量等，这些设计对系统的性能、硬件配置等都有重要影响。因此，在工程应用中各工艺子系统应根据工艺相关性和现场布置位置情况进行网络分段设计。进行网络分段设计时应遵循以下原则：每个网段上挂接的现场总线数量不超过6个;冗余设置的现场仪表应接入不同网段;工艺上并列运行或冗余配置的设备其相关驱动装置应连接在不同的网段上。控制系统应根据工艺流程合理配置总线数量和挂接的现场设备，确保任何一条总线故障时，只产生工艺系统的局部故障，不会引起机组的危急状态，造成整个工艺系统停运，并将这一影响限制到最小。

鉴于目前现场总线在机组控制中的应用还处在起步阶段，可能在具体工程实施中还会碰到一些意想不到的情况。为最大程度地降低现场总线的工程应用风险，确保机组安全顺利投产，推荐对机组安全运行至关重要的保护系统仍采用常规 DCS 方式实现。

2.4 其它设计及安装考虑

要使现场总线回路能够正常运行，总线回路的正确设计和组态非常重要。根据现场总线系统工程指南要求和其它工程使用经验，需要考虑如下几个方面：现场总线网段的设计应考虑网段总的电流负载、电缆型号、总线干线长度、总线支线长度、电压降和现场设备数量、总线的拓扑结构形式等。总线网段上可挂的设备最大数量受到设备之间的通信量、电源的容量、总线可分配的地址、每段电缆的阻抗等因素影响。

为提高总线工作效率，在设计和组态时应尽量减少设备在总线上的通信量。具体应注意以下几点：

对于简单的单回路调节应用，尽量将PID控制模块放在现场阀门的智能执行机构中，这样可减少DCS控制与现场阀门执行机构之间的通信量