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摘要：本文主要針對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠主控系統(tǒng)的應(yīng)用情況，從多角度比較現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)和分散控制系統(tǒng)(DCS)優(yōu)劣，提出現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，并對(duì)火電廠采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)提出建議。

關(guān)鍵詞：火電廠；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；DCS

1概述

近年來，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)越來越多應(yīng)用到電力行業(yè)的過程控制中，尤其在火電廠機(jī)組主控系統(tǒng)。由于該技術(shù)具備全數(shù)字，高精度，多變量傳輸，增強(qiáng)的計(jì)算和控制功能，高分散度，數(shù)據(jù)信息量大并安裝投資費(fèi)用低的特點(diǎn)，使火電廠機(jī)組主控系統(tǒng)逐步由DCS改為FCS來實(shí)現(xiàn)。

2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及總線控制系統(tǒng)

2.1現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)及特點(diǎn)

國際上現(xiàn)有的各種總線及總線標(biāo)準(zhǔn)種類很多（多達(dá)幾十種），目前適合火電廠使用且使用較多的是PROFIBUS和FF總線標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS是過程現(xiàn)場(chǎng)總線ProcessFieldBus的縮寫。它是由十三家工業(yè)企業(yè)及五家科研機(jī)構(gòu)在德國聯(lián)合開發(fā)的，國際化的、開放的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商。FF是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)FieldbusFoundation的縮寫?，F(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)是國際公認(rèn)的、唯一不屬于某企業(yè)的、非商業(yè)化的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。這兩種總線標(biāo)準(zhǔn)其相比特點(diǎn)而言，F(xiàn)F適用于連續(xù)量控制(取代4~20mA模擬量)，而PROFIBUS適用于離散量控制，但同時(shí)也適用于連續(xù)量控制（在連續(xù)量控制方面略遜于FF總線）。

2.2主流現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

主要包括：西門子公司基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的T3000系統(tǒng)；艾默生公司的Ovation控制系統(tǒng)；ABB公司的800xA控制系統(tǒng)和FOXBORO的I/A系統(tǒng)。這些幾種主流現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在國內(nèi)外火電廠均有成功的應(yīng)用業(yè)績(jī)。

2.3就地現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備現(xiàn)狀

采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)要求就地儀表設(shè)備具有智能功能，通過FF和認(rèn)證并支持PROFIBUS總線接口的產(chǎn)品，對(duì)較好品牌的變送器類、執(zhí)行器類及閥門定位器可滿足這些要求。而對(duì)非現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，如溫度測(cè)量的熱電阻、熱電偶及邏輯開關(guān)等就地儀表是無法直接接入現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的。

2.3.1變送器類

世界各大儀表生產(chǎn)廠都相繼推出了現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器，通過FF和認(rèn)證的變送器已經(jīng)有60多種，目前火電廠普遍使用的變送器如3051系列、EJA系列、SITRANSP系列等產(chǎn)品，并得到廣泛使用。

2.3.2執(zhí)行器類

目前廣泛使用的電動(dòng)執(zhí)行器ROTORK、AUMA、SIPOS等進(jìn)口品牌的產(chǎn)品。國產(chǎn)設(shè)備中也有支持現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品，如揚(yáng)州恒春、瑞基等。

2.3.3現(xiàn)場(chǎng)總線型閥門定位器

主流氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位定位器產(chǎn)品中，美國的FIELDVUEDVC系列智能閥門定位器，德國的SIPARTPS2閥門定位器。

2.3.4閥島

對(duì)于相對(duì)集中的兩位控制氣動(dòng)門可采用閥島進(jìn)行控制，目前主流的閥島產(chǎn)品有FESTO、SMC、NUMUTICS閥島等。

3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國內(nèi)燃煤電廠的應(yīng)用

近些年國內(nèi)火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有了進(jìn)一步的應(yīng)用，如華能金陵電廠、華能九臺(tái)電廠。其主控系統(tǒng)均采用了SIEMENS公司的SPPPA—T3000控制系統(tǒng)，屬于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和設(shè)備。

華能金陵電廠2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組采用現(xiàn)場(chǎng)總線，單元機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)置23對(duì)控制器，其中20對(duì)控制器作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制器（鍋爐側(cè)13對(duì)，汽機(jī)側(cè)7對(duì)），單元機(jī)組共用了約有975臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表設(shè)備。

華能九臺(tái)電廠2×660MW超臨界燃煤機(jī)組是亞洲最大容量燃褐煤塔式鍋爐機(jī)組。主廠房機(jī)組主控系統(tǒng)采用SIEMENS公司的SPPPA—T3000控制系統(tǒng)，單元機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)置19對(duì)控制器，其中9對(duì)控制器作為現(xiàn)場(chǎng)總線控制器（鍋爐側(cè)5對(duì)，汽機(jī)側(cè)4對(duì)），單元機(jī)組共用了約有354臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線儀表設(shè)備。

以上兩個(gè)火電廠是主控系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備較多、范圍較大，且在國內(nèi)投入商業(yè)運(yùn)行較早的火電廠。

4經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

4.1FCS與DCS比較

目前，無論采用FCS還是DCS，機(jī)組主控系統(tǒng)調(diào)節(jié)回路的控制策略和設(shè)備控制邏輯仍在控制系統(tǒng)的控制器中集中處理，這樣FCS與DCS的控制器配置數(shù)量是相當(dāng)?shù)模現(xiàn)CS還需配供現(xiàn)場(chǎng)總線電源模塊、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊柜、現(xiàn)場(chǎng)總線電纜（部分光纜）及現(xiàn)場(chǎng)總線分線盒等。通過前些電廠機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)招標(biāo)情況的分析（進(jìn)口），F(xiàn)CS方案投資較同規(guī)模機(jī)組DCS高約10％。

4.2就地儀表

總線就地儀表及就地控制設(shè)備均要采用智能型，且滿足業(yè)主選定現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的通訊規(guī)約。重要現(xiàn)場(chǎng)儀表還要具有冗余通訊接口。這將較大增加投資費(fèi)用。

4.3電纜及電纜橋架

較大規(guī)模采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可以較大程度上節(jié)約電纜、電纜橋架等安裝材料，相應(yīng)減少了施工工程量。

5現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠應(yīng)用中存在的問題

5.1可選用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備范圍相對(duì)少

近年來現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有一定的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線儀表也有較大發(fā)展，我國基于FF、PROFIBUS等通信技術(shù)的智能化模塊和儀表的研究和開發(fā)取得可喜進(jìn)步，但比起常規(guī)儀表無論是規(guī)格品種還是相對(duì)少，且國內(nèi)能生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備且質(zhì)量?jī)?yōu)良產(chǎn)品還是相對(duì)較少。這就在設(shè)計(jì)中可選用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備受到一定的限制。尤其是火電廠就地儀表不可能全部采用智能儀表，還存在相當(dāng)部分非智能儀表，如溫度測(cè)量（熱電阻、熱電偶），現(xiàn)場(chǎng)分散的溫度測(cè)點(diǎn)雖可通過現(xiàn)場(chǎng)總線智能變送器（如采用EMERSON公司的848T）接入控制系統(tǒng)，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)集中溫度測(cè)點(diǎn)如鍋爐壁溫、再加汽機(jī)和發(fā)電機(jī)本體溫度測(cè)點(diǎn)采用該方式接入控制系統(tǒng)，將會(huì)大大增加工程投資費(fèi)用。且就溫度類型而言，采用現(xiàn)場(chǎng)總線方式接入增加的信息內(nèi)容其效益也不顯著，一般工程溫度檢測(cè)點(diǎn)原則上還是采用常規(guī)I/O模件接入控制系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所用的邏輯開關(guān)（如液位、壓力、壓差開關(guān)）它也屬非智能儀表，只能常規(guī)I/O模件接入控制系統(tǒng)。

5.2難以保證火電廠控制的實(shí)時(shí)性

在實(shí)際應(yīng)用中，涉及火電廠主控系統(tǒng)中對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行有重大影響的系統(tǒng)不能用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。PROFIBUS和FF總線宏周期一般在100ms~1s之間，而火電廠機(jī)組控制中的快速處理回路的時(shí)間要求為50ms左右，即現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)性還是無法滿足機(jī)組控制中的快速處理回路的要求。故目前FSSS、DEH、MEH、ETS、MEH/METS和SOE等仍采用常規(guī)I/O模件接入控制系統(tǒng)。

5.3對(duì)工程設(shè)計(jì)、工程安裝和工程調(diào)試技術(shù)水平要求高

采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，將大大增加工程設(shè)計(jì)難度和工作量。先要將采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)要求編寫入相關(guān)設(shè)備技術(shù)規(guī)范文件中，其次根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)要求進(jìn)行網(wǎng)段設(shè)計(jì)工作，網(wǎng)段設(shè)計(jì)要考慮許多因素，各總線設(shè)備如變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體物理位置，每個(gè)網(wǎng)段的電纜總長(zhǎng)度不能超一個(gè)定值，每個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的總線設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置布線的順序，確定各分配盒的位置。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的安裝工程量減少，但卻增加了技術(shù)難度。如通訊電纜的分支連接、現(xiàn)場(chǎng)總線儀表通訊接口調(diào)試、接線等，需要特殊的工藝和方法。這些雖然能掌握，但與常規(guī)安裝工藝和方法有差別，需要特殊的培訓(xùn)。此外，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)包含許多新的技術(shù)內(nèi)容，組態(tài)參數(shù)多，在工程調(diào)試和運(yùn)行時(shí)會(huì)遇到較多困難。

5.4沒有將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮

由于火電廠機(jī)組主控系統(tǒng)的復(fù)雜性，沒有將調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯下裝在智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)，而是做在控制系統(tǒng)的控制器內(nèi)。甚至簡(jiǎn)單的控制邏輯也是在控制器內(nèi)完成，這就沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的FCS應(yīng)用。而目前采用現(xiàn)場(chǎng)總線制系統(tǒng)FCS投入商業(yè)運(yùn)行的火電廠，其現(xiàn)場(chǎng)總線制系統(tǒng)FCS僅完成了監(jiān)控的基本功能，并沒完全把設(shè)備診斷、設(shè)備管理等功能集中一起納入控制系統(tǒng)，沒有實(shí)現(xiàn)由“設(shè)備故障檢修”變?yōu)椤霸O(shè)備狀態(tài)維護(hù)”，使得火電廠大、小檢修周期由人員的經(jīng)驗(yàn)來決定，不是根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息進(jìn)行提煉總結(jié)歸納，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)沒有充分發(fā)揮。

6對(duì)火電廠采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的建議

綜上所述，火電廠在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層全面采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和設(shè)備，從技術(shù)方面、設(shè)備情況、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)方面到投資都可行。但考慮到新建火電廠特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)目前的應(yīng)用情況，筆者提出以下建議。

6.1應(yīng)避免把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用作為亮點(diǎn)來宣傳

就現(xiàn)階段而言，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用已不再是試點(diǎn)，而應(yīng)著重在發(fā)揮優(yōu)勢(shì)以及帶來的經(jīng)濟(jì)效益。僅在火電廠的某個(gè)輔助車間（如：鍋爐補(bǔ)給水，凝結(jié)水精處理，輸煤和除灰等）或某個(gè)工藝系統(tǒng)（如：脫硫）選用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用作為亮點(diǎn)來宣傳是沒有必要的。

6.2新建火電廠采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)注意其局限性

盡管現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已在火電廠主廠房機(jī)組控制系統(tǒng)有了商業(yè)運(yùn)行的業(yè)績(jī)，但其應(yīng)用還是存在局限性和一些問題。并且局限性就目前技術(shù)能力是無法克服的，如對(duì)非智能化儀表、對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行有重大影響和實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)的系統(tǒng)是不能納入現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，如FSSS、DEH、ETS、MEH/METS和SOE等仍采用常規(guī)I/O模件接入控制系統(tǒng)。

6.3采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的火電廠一定要充分發(fā)揮新技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在確定火電廠要采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，應(yīng)該在可行性研究設(shè)計(jì)階段。在三大主機(jī)招標(biāo)時(shí)就應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)條件寫進(jìn)主機(jī)招標(biāo)文件，目前對(duì)新建火電廠也是這樣做的。

就采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的火電廠其范圍應(yīng)盡可能大，在主廠房機(jī)組主控系統(tǒng)、輔助廠房（水、煤、灰）輔控系統(tǒng)均采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和設(shè)備，其范圍和規(guī)模盡可能做的大，使之產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。

采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的火電廠，應(yīng)把現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用所帶來經(jīng)濟(jì)效益放在首位。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)設(shè)備的在線組態(tài)、調(diào)試、自動(dòng)診斷、校正等管理等主要功能應(yīng)作為參建各方（設(shè)備供應(yīng)商、軟件組態(tài)單位及調(diào)試單位等）的考核指標(biāo)，將這些考核要求寫入現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)供應(yīng)商、調(diào)試單位等的相關(guān)技術(shù)協(xié)議中，在火電廠投入商業(yè)運(yùn)行把它作為重要的考核指標(biāo)，這樣才能將充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]陽憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用（第2版）.清華大學(xué)出版社.2008-10-01

作者簡(jiǎn)介

錢燁（1985-），女，工程師，2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)動(dòng)力工程及工程熱物理（熱能工程系）專業(yè)，工學(xué)碩士學(xué)位，主要從事火力發(fā)電廠的自動(dòng)化設(shè)計(jì)咨詢工作。