现场总线技术在大型火电机组主辅控系统中的应用探讨

摘 要：结合神华胜利电厂2×600MW超临界机组主辅控系统的工程实例，介绍了现场总线技术的应用进程。同时对采用现场总线系统实现大型火电机组主辅机控制的方案做了简单介绍。

关键词：现场总线；超临界；设备管理；DCS

0 前 言

目前广泛用于火力发电厂过程控制的系统是分散控制系统（DCS）和可编程控制器（PLC）。80年代末至今，DCS以其先进的技术、丰富的控制功能、友好的人机界面等优势，逐步占领了火电厂机、炉、电主控领域，而PLC则由于其逻辑处理功能强、境适应性好、环系统独立性强、采购成本较低等特点，成为电厂辅助生产系统（水、煤、灰）和机组辅助系统（吹灰、空压机等）的首选控制系统。

80年代末期开始发展起来的现场总线技术和产品，以及由此组成的控制系统——现场总线控制系统（FCS，Field Control System），引发了自动控制领域的革命。开放的、全数字化和双向多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表是FCS的主要特征，它将使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃。

1 FCS应用情况介绍

全面信息化和多层次的自动化是今后发电企业发展的方向，建立数字化电厂是必由之路，而现场总线系统是数字化电厂的基础。

近两年各大发电集团都十分关注电厂热控自动化新技术的应用和由此产生的巨大效益。华能玉环电厂、国华宁海电厂二期、山东邹县二期工程、江苏望亭联合循环发电厂、江阴夏港电厂、广东南海石油化工汽电联产工程、陕西杨凌热电厂、山东龙口电厂、广安电厂、山西平朔电厂、山西漳山电厂等在电厂外围辅助系统中成功实现了现场总线技术的全面应用，并在较短时间内完成了安装、调试，并很快投入稳定可靠运行。大量的工程项目的顺利实施，证明现场总线在电厂辅助生产控制系统中应用是完全可行的。

根据墨西哥Mazatlan电厂的报导，首台应用现场总线控制系统的1号单元机组（158 MW）在1997年3月17日投入运行，曾连续运行12个月无故障、无维护，改善了锅炉动态的相应特性，与分散控制系统（DCS）和可编程控制器（PLC）相比投资节省了45％，安装调试时间缩短到3周。由于1号单元机组的改造获得成功，该厂紧接着进行了2号单元机组（158 MW）的改造，2号单元机组于1998年2月14日投入运行。同1号单元机组一样，这次改造十分成功，不但投资进一步节省，达到了50％，而且安装调试时间缩短到1周。

德国尼德豪森（Niederaussem）电厂较全面地使用了现场总线。该厂采用了PROFIBUS-DP和HART-BUS两种现场总线。整个系统包括900台马达、400个电磁阀、1000个阀门定位器和电动执行机构，这些智能设备均通过PROFIBUS-DP与DPU相连。通过采用PROFIBUS现场总线系统真正实现了全厂监控，提供更加完善有效的设备诊断功能，实现现场设备的远程编程和维护，实现了全厂数据的集中管理，使设备的状态检修成为可能，提供更多的设备信息使操作和维护得到优化。

墨西哥Mazatlan电厂、德国尼德豪森电厂K机组PROFIBUS现场总线和近期上海赛科工程FF现场总线的全面成功应用，大大激发了国内各发电集团公司和设计院应用现场总线的积极性华能国际为了在国内电站发电新技术的应用上处于领先地位，着眼于领导先进技术潮流、合理控制工程造价、全面提升电厂自动化水平，在南京金陵电厂2×1000 MW机组、九台电厂2×600MW机组的设计中已经把现场总线技术全面应用于机组控制中。

中国神华能源股份公司希望将神华胜利电厂一期工程（2×660MW机组）做为试点单位，在主辅机控制系统中全面选用现场总线技术，总线其控制规模远大于国内外其他应用现场总线技术的电厂。

2 神华胜利电厂应用FCS介绍

神华胜利电厂位于内蒙锡林浩特。规划容量为8台600MW机组，一期工程建设2×600 MW机组。由于现场总线技术的先进性可以大量节省投资和提高机组运行维护水平，神华集团决定在神华胜利电厂主辅控系统中全面选用现场总线系统，其中总线选用范围和规模为当前国内最大规模的工程应用。

2.1 现场总线在神华胜利电厂的应用原则

（1）影响机组安全运行的主机和主要辅机的保护不纳入现场总线，如:

锅炉安全监视系统（FSSS）；

汽机数字电液控制系统（DEH）；

汽轮机紧急跳闸系统（ETS）；

旁路控制系统（BPS）；

事故顺序记录（SOE）。

（2）用于联锁保护的开关型气动阀门、电磁阀，不纳入现场总线。

（3）国产电动门因现场总线接口不完善，且缺乏相应的测试和应用实践，不纳入现场总线。

（4）开关量仪表，如压力开关、液位开关、温度开关等不纳入现场总线。

（5）对于调节型气动执行机构，用于非重要调节回路的，纳入现场总线，下列重要回路，采用常规硬接线＋HART:给水、汽温、送、引风、磨煤机。

（6）对于调节型电动执行机构，用于非重要调节回路的，纳入现场总线，用于重要回路（给水、汽温、送、引风）的，采用硬接线＋现场总线。

（7）对于开关型阀门电动装置，用于非重要系统的，纳入现场总线；用于重要系统的，通过现场总线完成正常控制功能（或仅采集信息）保护、联锁功能通过DCS硬接线完成。

（8）主机/辅机保护和重要联锁的信号保留硬接线。

（9）380V电动机采用现场总线，6kV电动机也纳入现场总线。

（10）主机/辅机的温度测点，采用远程I/O。

（11）仅用于监视的测量信号，采用现场总线。

（12）厂用电电源系统采用现场总线。

（13）闭环控制功能和功能组顺序控制逻辑在控制器中完成。

（14）空冷岛变频器在采用特殊的干扰隔离措施后也采用现场总线。

2.2 现场总线在神华胜利电厂的初步方案

（1）主控系统应用方案

神华胜利电厂主控系统包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、旁路控制系统（BPC）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）、给水泵汽轮机数字电液控制系统（MEH）、电气控制系统（ECX）等各项控制功能，对机组安全运行至关重要，而且实时性、可靠性要求最高。采用国外著名品牌的、具有现场总线技术工程业绩的DCS/FCS,可保证现场总线控制系统能如期、可靠地投入运行，最大限度地降低工程风险。

（2）辅控系统应用方案

在神华胜利电厂辅助控制系统——锅炉补给水、外水网、凝结水、燃料网、灰/渣网及脱硫控制应用现场总线控制系统。采用快速工业以太网连接锅炉补给水、外水网、凝结水、燃料网、灰/渣网和脱硫控制系统，辅控室集中监控。在辅控监控网采用的是成熟的网络、监控技术，系统结构为：全厂外围各个控制系统先汇集到各自的子网，然后子网再接人全厂辅网的核心交换机，整个辅控网络由冗余的双星型结构构成。辅网中心配置了数据服务器、SIS接口服务器、仿真接口服务器和操作员站/工程师站等设备，以满足电厂全厂辅控的要求。

3 结束语

虽然神华胜利电厂在电厂主辅系统全面应用现场总线还处在设计和招标阶段，但是，合理规划电厂的自动化和信息化架构，降低工程造价、提高电厂自动化和信息管理水平，以实事求是和积极的科学态度应对新技术带来的机遇与挑战应该是从事电力建设人员需具备的良好职业素质和技术素养。现场总线技术已基本成熟，应抓住当前大好的电力建设机遇，认真学习、努力掌握现场总线技术、积极稳妥地解决工程应用中存在的问题，投资方、建设方以及设计院均要转变观念，同设备供应商一道推动现场总线技术在电厂的应用，受享新技术革命带来的效益和成果。神华胜利电厂在主辅系统全面应用现场总线技术必将给火电厂安全经济运行及提高管理水平、建设信息化的电厂带来实实在在的效益。

参考文献:

[1]韩璞．火力发电厂计算机监控与监测．北京：中国水利电力出版社，2005．

[2]颜渝坪，崔逸群，王春利，等．火电厂现场总线控制系统的成功应用．中国电力，2007,40（3）．

[3]崔逸群，颜渝坪，王春利，等．FF与Profibus现场总线在火电厂的应用研究．热力发电，2006，（2）．

[4]周明．现场总线控制．北京：中国电力工业出版社，2001．

[5]王慧锋，何衍庆．现场总线控制系统原理及应用．北京：化学工业出版社，2006．

[6]沈军，杭卫华，梁晓丛．现场总线技术在火力发电厂的应用．电力信息化，2008，6（6）．