李美双1 苗洪飞1 张若龙2 张涛涛1 任斐斐1
(1.华能洛阳热电有限责任公司 河南 洛阳 471000；2.华能沁北发电有限责任公司 河南 济源 459012)
摘 要：随着火电厂对自动化、智能化、数字化、集约化水平的要求越来越多，现场总线的应用范围越来越广。本文基于洛阳热电厂2×350MW 热电联产工程现场总线系统的应用情况，提出了现场总线系统的优化方案，综合提高了总线设备的运行可靠性和检修灵活性，为火电厂现场总线应用提供参考。
关 键 词： 火电厂，现场总线，优化
0引言
随着电厂自动化水平的提高以及现场测控设备的智能化，现场总线控制系统（FCS）在电厂的应用开始普及。与传统的DCS技术相比，现场总线在经济性、可靠性、设备互操作性有明显优势[1]。本文基于洛阳热电厂现场总线系统工程和应用经验，探讨FCS系统的优化提升方案，并方便之后的应用及维护。
1 洛阳热电现场总线概况
华能洛阳热电厂采用全厂级Profibus现场总线控制技术，总线使用范围涵盖了锅炉、汽机、脱硝、脱硫、精处理等单元机组系统及公用及辅助车间的供热、化水、除灰、空压机、输煤等重要系统。DCS 使用 ABB 的 Syphoney Plus 控制系统，现场总线协议为 Profibus-DP 和 Profibus-PA。总线设备种类包括电动执行机构、阀门定位器、电磁阀岛、马达控制器、压力变送器、温度变送器、电磁流量计、超声波流量计、导波雷达液位计、超声波液位计、超声波料位计、化学分析仪表等现场智能设备。
2 总线系统应用优化
2.1 网段划分
FCS网段划分设计主要考虑两个方面：首先要考虑总线设备所属的系统，同一系统设备分至同一控制器的网段上，以防止增加控制器之间不必要的通讯量，增加网络负荷，增加中间事故点；其次考虑设备布置位置，保证总线长度不超过技术规范，确保通信质量。
上述网段划分方式主要存在两个问题：一是冗余测点及设备易布置在同一网段，风险过于集中；二是单一总线网段故障影响范围大，未从系统特点考虑划分。针对以上问题建议根据系统特点适当增加网段，保证冗余测点及设备处于不同网段，必要时冗余测点及设备中可总线、硬接线配合使用，比如三冗余测点采用一个总线、两个硬接线的设计方案。增加网段，进行设备划分时，在保证长度的前提下，要考虑对系统的影响、检修的便利性，比如低加进出口电动门与旁路电动门宜分配至不同网段。
2.2 网段中DP设备顺序规划
DP设备为依次串接的，均是从主站PDP依次连接至有缘终端电阻。网段设计和施工时，为保证通讯不超长，并节约成本，同一网段DP设备往往按照布置位置就近依次排序。但从从现场实际的应用和维护上分析，这样设计未考虑设备可靠性要求。
总线设备正常工作的前提是和主站双向通信正常。由于DP未串行网络结构，理论和实际应用分析，排序越靠前的设备，与主站之间的故障点越短，通信距离越短，可靠性越高。
假设一个DP网段带n个DP设备，主站和第1个设备、第1个设备和第2个设备、第n-1个设备和第n个设备之间故障导致通讯中断的概率为p，那么第1个设备通讯中断的设备为p，第n个设备通讯中断的设备为np，通讯中断的概率提升了（n-1）倍。故本文分析，在保持网段不超长的基础上，DP顺序规划要充分考虑设备的重要程度，系统功能上更重要的设备排序要更靠前，从而保证有更低的故障概率。PA接线盒的排序按照上述原则设计，同一PA接线盒的PA设备为星型连接，所以不需考虑顺序。
对于冗余布置的DP网段，建议两个网段采用反顺序布置，网段1从第1个设备依次接至第n个设备，网段2从第n个设备反向依次接至第1个设备。因为实际应用中发现，冗余网段由于电缆路径一致等原因，故障点大概率在用一个位置或同一个设备，反向顺序布置出现这种情况不易造成整段设备均故障。
2.3 设备选型优化
总线设备的选择直接关系着现场总线系统的可靠性及检修、故障处理的灵活性。主要表现在以下几个方面：
不同类型总线设备配套提供的驱动文件不同，洛阳热电厂使用的总线设备支持文件有2种类型：GSD和DTM。使用DTM驱动的总线设备具备传送非过程数据的功能，即可实现通过工程师站对设备进行参数设置检查与更改，而使用GSD驱动的总线设备则不具备此功能，故建议优先选用使用DTM驱动的总线设备，否则无法发挥总线设备的所有优点。
不同类型的总线设备布置在同一网段存在兼容性差、故障率高等问题。洛阳热电厂使用中发现，罗托克执行器通讯电压略高，接近7V左右，与EMG执行器位于同一网段时，EMG执行器故障率较高。故建议同一网段设备尽量使用同一种设备型号。
常规设备故障替换时，只要设备类型、规格与故障设备一致，则经简单调试后便可替换，DCS系统组态无需修改[2]；总线设备故障替换时，只能使用同一种驱动文件的设备时才不需要组态修改，若设备换型、设备升级或设备系列不一致，造成驱动文件有变化的，则必须进行重新组态调试才可更换。故建议尽量统一总线设备的型号，增加本厂总线设备的可替换范围。
2.4 组态优化
总线设备在满足正常的远程控制和提供测量信号的同时，还提供了大量设备本身的状态信息及通信诊断信息[3]。实际应用中，未配置专用总线管理软件平台电厂，往往按照常规设备进行组态，无法体现总线控制系统的优点。建议根据所用设备的特点与传输的信号，统一规范传输信号，在DCS逻辑、画面组态中建立统一的模板，使总线设备的大量信息显示在DCS画面上，从而使现场仪表和设备的状态变得透明化，便于监护和维修。
3结语
现场总线技术是火电厂数字化发展的必然趋势，现场总线设备在电厂的应用越来越多[4]。但实际应用中，仍存在网段划分、顺序规划、设备选型不合理及组态未优化等诸多问题，本文从华能洛阳热电厂应用实践出发，提出了针对性的优化方案，供火电厂总线控制系统应用参考借鉴。
参考文献
[1] 刘义学.神华胜利电厂现场总线控制系统选型分析及应用规划[D].保定：华北电力大学，2009，3-5.
[2]廖永新，王宏琛.火电厂现场总线控制存在问题及对策[J].热力发电，2011，40（1）：13-15.
[3]陈建斌.现场总线技术及其应用要点[J].热力发电，2014，43（10）：110-111.
[4]陈杭君.PROFIBUS现场总线技术在宁海电厂的应用[J].中国电力，2005，38（7）：57-60.