现场总线技术在华能太原东山燃机热电厂的应用

现场总线技术在华能太原东山燃机热电厂的应用

田亮

(中国能源建设集团天津电力建设有限公司天津300041)

摘要：本文阐述了总线技术的原理、现场总线仪表和现场总线执行设备的调试以及总线在OVATION系统中的组态配置、Profibus转换板卡的应用等。介绍了总线技术在华能太原东山燃机中的应用，通过总线控制系统的成功应用，为今后安装工程积累了经验。

关键词：现场总线控制系统、Profibus-DP、FFH1、过程现场总线

1.简介

1.1现场总线

现场总线是一个数字化的、串行、双向传输、多分支结构的通信网络系统，是用于工厂/车间仪表和控制设备的局域网。利用现场总线技术，把就地仪表、控制器、上位机连接成网络系统，实现双向数据传输和信息交换，对就地仪表和系统进行实时监测、诊断。

1.2网络结构

本工程总线设备采用艾默生Ovation现场总线控制系统，网络由电子间机柜、就地通讯柜、通讯介质、就地仪表组成。电子间机柜包括：控制器，Profibus通讯主站，光电转换器等。就地通讯柜包括：光电转换器、有源终端电阻等。

华能太原东山燃机热电厂采用艾默生OVATION通信主站，Profibus通信主站即控制器下的DP/FF卡件，完成和总线网络中从站的数据交换，并将采集的数据传回DCS系统的控制器中。1块DP/FF卡件有两个接口，可连接两个不同的网段。连接冗余口总线设备时，设备的冗余接口可接入不同的两块主站卡中的通信接口进行交叉冗余，连接单口总线设备时可直接接入1块主站卡中的1个通信接口，主站卡可实现对从站设备的控制和管理功能，一般每对控制器可挂32块DP/FF卡件。

2.现场总线在华能太原东山燃机热电厂仪表中的应用

2.1.华能太原东山燃机热电厂总线仪表现状

该厂余热锅炉总线仪表共计128个（两台余热锅炉）测点，分布于锅炉给水系统、锅炉凝结水系统、锅炉蒸汽系统、脱硝系统等；现场总线执行设备共计96台（两台锅炉）电动阀门，分布于锅炉给水系统、锅炉凝结水系统、锅炉蒸汽系统、脱硝系统、疏放水系统等。

2.2华能太原东山燃机热电厂仪表总线方案

华能太原东山燃机热电厂现场总线仪表采用的是FFH1现场总线协议，其数据传输速率31.25Kbps；现场总线执行设备采用的是Profibus-DP现场总线协议，其数据传输速率9.6Kbps～12Mbps。

2.3电缆敷设

华能太原东山燃机热电厂将两台余热锅炉128个压力测点设计为FF总线形式，96台电动阀门设计为DP总线形式。前者通过11个FF总线接线盒将22路信号传输至DCS10CBB04、10CBB06和10CRT01柜中；后者则通过2个DP通讯箱将4路光纤传输至DCS10CBB04、10CBB06和10CRT01柜中，节省了电缆费用。

在敷设电缆的过程中，动力电缆会干扰总线电缆，所以敷设总线电缆时，要与其他电缆分开敷设，避免平行。如果不可避免时，其中间须有分隔板，并至少保持20厘米的间隔。若需交叉时，应直角交叉。有抗干扰要求的线路应采用符合有关规范要求的屏蔽电缆，在电缆转角处转弯时应保持最小可允许的电缆弯曲半径，简单弯曲的弯曲半径应大于电缆外径的10倍，多个连续弯曲的弯曲半径应大于电缆外径的20倍。电缆不可拉扯、曲折、打结，其最大拉伸力为100N，电缆敷设完毕需要给电缆槽盒增加盖板，盖板要严密。

对于跨建筑的通信介质宜使用铠装光缆。铠装光缆应遵循最小弯曲半径、可允许拉伸力等要求，不应挤压、扭曲光缆，敷设应符合有关规范要求。带连接头的DP通信电缆的敷设应使用保护套管将连接头进行保护以避免其损坏，未连接的光缆插头和插座应用保护罩进行防护。牵引通信电缆经过有夹角的桥架时，应使用滑轮装置，有桥架等锋利的边缘处，要有防护措施。

2.4组态

华能太原东山燃机热电厂控制系统为艾默生OVATION3.5.0系统，Profibus现场总线设备的组态应用软件为OvationDeveloperStudio。

组态的配置步骤：控制器内添加新的设备编号→插入一个ProfibusI/O模块→为每个总线模块指定模块记录点名→指定每个总线端口的点名→在DeveloperStudio里访问Profibus模块配置窗口→配置Profibus从设备→配置点名，根据厂家提供资料，增加模拟量、数字量或者打包点，一般每种不同型号设备都有不同的配置点。

最后，下装控制器,进行调试测试，调试测试完成后，该仪表组态成功，正式投入使用。

2.5总线测试

总线测试的目的是检测总线网段的通断、信号是否合格；现场总线与设备是否正常；是不是会影响未来设备的运行等。

总线测试工具使用PROFIBUSTROUBLESHOOTINGTOOKLIT,软件使用PROFITRACEFORPROFICOREULTRAV292.

下图为该厂部分总线测试截图，电压值在3V以上且稳定为正常，如果在3V以下，在日后的设备运行中如果有信号干扰，就会影响仪

2.6地址设计及接线

现场总线的硬件包括：Profibus接口，通讯介质，Profibus插头，中继器，光电转换器以及有源终端电阻等，但是也有特殊情况，如部分仪表为硬接线仪表，若实现现场总线技术，则需添加PROFIBUS转换板卡。以Profibus-DP为例，简述PROFIBUS转换板卡的地址设置及接线。

2.7现场总线技术的应用

现场总线技术实现了设备的智能化、数字化，与4-20mA模拟信号相比，现场总线技术提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强:减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性；可组态设备实时状态和诊断显示、报警等，快速发现设备故障位置、原因，快速维修，节省人力和提高系统可用性。

3.现场总线技术发展中存在的问题

3.1FCS系统的价格偏高

目前FCS控制系统与传统的DCS或PLC系统相比，价格有些偏高，即工程的投资较大，其主要原因是目前的FCS控制系统的硬件价格基本都比传统的DCS和PLC系统的硬件价格高，特别是对于进口的FCS硬件价格。

3.2开放性和互操作性受到一定限制

目前现场总线国际标准众多，各个标准都有其特点，也都有其不足，没有一种标准能够覆盖所有的应用面。由于不同的现场总线的通信协议也有很大差异，要实现不同总线产品的互连非常困难，这使得FCS的开放性和互操作性等受到一定的制约，不能实现完全的开放和互操作。

3.3现场总线设备的选择性小

由于FCS系统的标准众多，通信协议存在差异，因此，现场总线设备的选择也受到一定限制。另外，在我国虽然有不少厂家生产现场总线仪表，但品种和数量都比较少。

3.4现场总线设备的故障排除工作量大

由于总线设备是串联模式，所以一旦有一个设备出了问题或者是中间的通讯线存在缺陷，就会影响这个设备以及之后的设备（根据进机柜顺序）正常通讯，问题要逐段排查，工作量增大。

4.结语

现场总线技术的应用，能够增加仪表的各种状态信息、报警信息、维护信息等相关信息至DCS画面，为运行监控、故障分析判断提供了有效帮助，能够为提前检修、计划检修提供有效支持信息。仪表总线技术的应用能够提升工业自动化的水平，有效提高仪表的维护水平。

参考文献：

[1]缪学勤-《20种类型现场总线进入IEC61158第四版国际标准》

[2]DL/T1212-2013火力发电厂现场总线设备安装技术导则

作者简介：田亮（1985-），男，甘肃天水人，工程师，研究方向为火电厂热控专业。