引言
作為一種新興技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)在石化、冶金、化工、樓宇等多個行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，隨著認(rèn)識的提高和技術(shù)的發(fā)展，在電力行業(yè)也開始得到了大規(guī)模的應(yīng)用，實踐證明，現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用能夠滿足運行要求、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，能夠大大提高現(xiàn)場設(shè)備的信息化水平，與火電廠傳統(tǒng)控制方式相比較，在運行維護(hù)和設(shè)備診斷方面具有明顯的優(yōu)勢，而且使得全廠管控數(shù)字化、全生命周期的設(shè)計、施工、運行等方面更為方便，能夠大大節(jié)約運行維護(hù)成本和推進(jìn)火力發(fā)電廠的數(shù)字化進(jìn)程。
1現(xiàn)場總線的設(shè)計原則
1.1采用的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)自檢測功能必須很完善，在生產(chǎn)過程前就能檢測出對生產(chǎn)有影響的系統(tǒng)故障，并有自行防止事故擴(kuò)大的有效措施。
1.2在系統(tǒng)運行中，某項控制功能不能正常工作時，僅部分影響整個系統(tǒng)的控制性能，而且能夠通過人工干預(yù)得到改善。
1.3對影響機(jī)組保護(hù)和機(jī)組安全的系統(tǒng)必須采用冗余性及多樣性的測量通道，特別重要的開關(guān)量測點要采取三取二的測量方式，重要的調(diào)節(jié)信號和傳統(tǒng)方式一樣采用三取中測量方式，重要控制、保護(hù)系統(tǒng)的電源采用能夠自動切換的雙路供電電源，并且分別來自兩路不同的UPS。
1.4控制系統(tǒng)和控制設(shè)備的單個故障要求不會影響機(jī)組的正常工作和機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)的失效，若控制器或卡件發(fā)生故障，其控制對象必須處于安全位置。
1.5控制系統(tǒng)的配置體現(xiàn)工藝設(shè)備的冗余配置情況，不因單個故障造成運行設(shè)備故障，不會導(dǎo)致備用設(shè)備失效。
1.6在設(shè)計現(xiàn)場總線網(wǎng)段時，總網(wǎng)段總線的電流負(fù)載、干線長度、總線型號、支線長度、總線電壓降必須和現(xiàn)場總線設(shè)備數(shù)量相匹配，并選擇合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式。
2現(xiàn)場總線的架構(gòu)及網(wǎng)段
2.1現(xiàn)場總線架構(gòu)
現(xiàn)場總線架構(gòu)的選擇與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是密不可分的，現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共有4種：總線型、樹型、菊花鏈型和點到點型。在火電廠現(xiàn)場總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中一般盡量采用總線型和樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，或者將總線型和樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合起來使用?？偩€型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由一條干線和連接在干線上不同點的若干支線所組成的，干線的兩端設(shè)有終端器；樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由一條干線和連接在干線端點上的若干支線組成的，與總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，在干線的兩端需要設(shè)終端器；菊花鏈型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和點到點型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于它們各自的特點在電廠不推薦使用。
2.2現(xiàn)場總線的網(wǎng)段
網(wǎng)段的設(shè)計對火力發(fā)電廠現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)安全運行至關(guān)重要，除了要考慮機(jī)組現(xiàn)場總線設(shè)備的數(shù)量、地理分布、功能和各工藝系統(tǒng)外，還要通過各設(shè)備現(xiàn)場布置位置和其隸屬工藝系統(tǒng)的相關(guān)性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分段設(shè)計，確定總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、各支路的設(shè)備數(shù)量、長度和支路總數(shù)等。通過工程實踐，大家一致認(rèn)為對火電廠網(wǎng)絡(luò)分段進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：
2.2.1對儀表進(jìn)行精確定位，明確設(shè)備間的關(guān)系，互為備用關(guān)系、控制關(guān)系或調(diào)節(jié)關(guān)系；冗余設(shè)置的現(xiàn)場儀表應(yīng)接入不同網(wǎng)段，或相關(guān)驅(qū)動裝置連接在不同的網(wǎng)段上。
2.2.2嚴(yán)格根據(jù)總線設(shè)備的功耗和總線的線損的計算結(jié)果來選擇總線電源的負(fù)載能力。如是PROFIBUS總線，其總線接口形式是DP還是PA，或其它類型，且應(yīng)該根據(jù)設(shè)備負(fù)載，計算總線負(fù)載能力是否足夠。
2.2.3設(shè)計網(wǎng)段設(shè)備數(shù)量與現(xiàn)場通訊箱布置位置及數(shù)量時要充分考慮工藝專業(yè)的要求和總線設(shè)備芯片的處理速度，并認(rèn)真核對每條總線支路的設(shè)備類型、數(shù)量和總線支路的響應(yīng)時間，同時對工藝系統(tǒng)中重要的現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行分析，特殊分段，保證對各總線網(wǎng)段的設(shè)計安全可靠。
2.2.4網(wǎng)段設(shè)計和設(shè)備配置還要嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場總線通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而且各網(wǎng)段的現(xiàn)場總線設(shè)備掛接數(shù)量不應(yīng)超過該總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最高限值的60%，一般以40%~50%為宜，每個現(xiàn)場總線網(wǎng)段的設(shè)計(由設(shè)計院與控制系統(tǒng)供貨商共同完成)至少應(yīng)包括：網(wǎng)段長度、電纜特性、設(shè)備的集中帶來的信號衰減、跳線長度、設(shè)備阻抗或電流消耗、每個設(shè)備的計算電壓、包含的中繼器、通訊參數(shù)(計時器)、通訊速率、設(shè)備地址等信息，并應(yīng)要求相應(yīng)的設(shè)備廠商提供用于證實的宏循環(huán)周期時間專用測試、計算工具或計算方法。
3火電廠現(xiàn)場總線實施方案
根據(jù)目前現(xiàn)場總線在各個電廠的應(yīng)用情況，以及我院在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計中的經(jīng)驗，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)配置中可以按工藝特點把火電廠控制系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)，一般情況下，現(xiàn)場總線要按照工藝系統(tǒng)來設(shè)計，對于物理空間相近又同屬于一個工藝系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)分布在一個網(wǎng)段上，調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯也按工藝系統(tǒng)劃分，在各自的控制器中實現(xiàn)。下表是主廠房各系統(tǒng)現(xiàn)場總線方案配置：
對于上表中采用現(xiàn)場總線方式的系統(tǒng)，發(fā)生異常會對機(jī)組的安全運行帶來很大的影響的電動機(jī)和閥門等設(shè)備，除了采用總線以外，主要的控制信號(位置反饋、分合閘指令)也采用了硬接線接入控制系統(tǒng)。這種采用硬接線和現(xiàn)場總線結(jié)合的方式，常規(guī)運行時采用現(xiàn)場總線控制，當(dāng)總線和冗余總線同時故障而發(fā)生通訊中斷的情況下，控制系統(tǒng)利用現(xiàn)場總線的診斷功能及時發(fā)現(xiàn)故障，自動切換到硬接線控制并報警，實現(xiàn)對這些重要設(shè)備的控制，不影響機(jī)組的正常運行。
4結(jié)束語
目前，現(xiàn)場總線技術(shù)在各電廠已逐步得到了廣泛的應(yīng)用，使電廠的安裝、調(diào)試、維護(hù)更為方便，為火電廠全廠范圍數(shù)字化、信息化的實現(xiàn)提供了基本保證，但是現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化雖然加速了電廠信息化進(jìn)程，但是在信息化為生產(chǎn)服務(wù)上沒有明顯的作為，如果以后能與廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)進(jìn)行結(jié)合，我們相信現(xiàn)場總線在火電廠中的應(yīng)用會有巨大的生命力。
參考文獻(xiàn)
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