張曉超

摘 要：本文闡述了總線技術(shù)的原理、總線分析儀表安裝調(diào)試以及總線在OVATION系統(tǒng)中的組態(tài)配置、Profibus轉(zhuǎn)換板卡的應(yīng)用等。介紹了總線技術(shù)在華能太原東山燃機熱電有限責(zé)任公司分析儀表中的應(yīng)用，通過總線控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為相關(guān)應(yīng)用提供了成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)范及維護經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)；Profibus-DP；分析儀表應(yīng)用

中圖分類號： TH7 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）17-186-3

1 簡介

1.1 現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是一個數(shù)字化的、串行、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是用于工廠/車間儀表和控制設(shè)備的局域網(wǎng)。利用現(xiàn)場總線技術(shù)，把就地儀表、控制器、上位機連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，對就地儀表和系統(tǒng)進行實時監(jiān)測、診斷。

本工程分析儀表在線監(jiān)測系統(tǒng)采用的是Profibus-DP現(xiàn)場總線協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸速率9.6Kbps～12Mbps。

1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本工程分析儀表采用艾默生Ovation現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)由電子間機柜、就地通訊柜、通訊介質(zhì)、就地儀表組成。電子間機柜包括：控制器，Profibus通訊主站，光電轉(zhuǎn)換器等。就地通訊柜包括：光電轉(zhuǎn)換器、有源終端電阻等。

我廠采用艾默生OVATION 通信主站，Profibus通信主站即控制器下的DP卡件，完成和總線網(wǎng)絡(luò)中從站的數(shù)據(jù)交換，并將采集的數(shù)據(jù)傳回DCS系統(tǒng)的控制器中。1塊DP卡件由兩個接口，可連接兩個不同的網(wǎng)段。連接冗余口總線設(shè)備時，設(shè)備的冗余接口可接入不同的兩塊主站卡中的通信接口進行交叉冗余，連接單口總線設(shè)備時可直接接入1塊主站卡中的1個通信接口，主站卡可實現(xiàn)對從站設(shè)備的控制和管理功能，一般每對控制器可掛32塊DP卡件。

1.3 組態(tài)

我廠控制系統(tǒng)為艾默生OVATION3.5.0系統(tǒng)，Profibus現(xiàn)場總線設(shè)備的組態(tài)應(yīng)用軟件為Ovation Developer Studio。

組態(tài)的配置步驟：控制器內(nèi)添加新的設(shè)備編號→插入一個Profibus I/O模塊→為每個總線模塊指定模塊記錄點名→指定每個總線端口的點名→在Developer Studio里訪問Profibus模塊配置窗口→配置Profibus從設(shè)備→配置點名，根據(jù)廠家提供資料，增加模擬量、數(shù)字量或者打包點，一般每種不同型號設(shè)備都有不同的配置點。

最后，下裝控制器，進行調(diào)試測試，調(diào)試測試完成后，該儀表組態(tài)成功，正式投入使用。

1.4 總線測試

總線測試的目的是檢測總線網(wǎng)段的通斷、信號是否合格；現(xiàn)場總線與設(shè)備是否正常；是不是會影響未來設(shè)備的運行等。

總線測試工具使用PROFIBUS TROUBLESHOOTING TOOKLIT，軟件使用PROFITRACE FOR PROFICORE ULTRA V292.

下圖為我廠部分總線測試截圖，電壓值在3V以上且穩(wěn)定為正常，如果在3V以下，在日后的設(shè)備運行中如果有信號干擾，就會影響儀表信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，如圖1所示：

1.5 硬件部分

現(xiàn)場總線的硬件包括：Profibus接口，通訊介質(zhì)，Profibus插頭，中繼器，光電轉(zhuǎn)換器以及有源終端電阻等，但是也有特殊情況，如：部分儀表為硬接線儀表，若實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)，則需添加PROFIBUS轉(zhuǎn)換板卡。

1塊DP卡件由兩個接口（Profibus接口），可連接兩個不同的網(wǎng)段。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS DP電纜一般都是A類電纜，為屏蔽雙絞電纜，其中數(shù)據(jù)線有兩根：A-綠色和B-紅色，電纜的外部包裹著編織網(wǎng)和鋁箔兩層屏蔽，最外面是紫色的外皮。光纖的傳輸距離比較遠，抗電磁干擾性、耐腐蝕也很好，尺寸小，重量輕，耐腐蝕，便于敷設(shè)等。但是光纖彎曲半徑不能過小，光纖連接處及終端不容易處理等等。按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。

PROFIBUS插頭即九針頭，用于連接PROFIBUS電纜和PROFIBUS的站點。九針頭上，有一個進線孔（In）和一個出線孔（Out），分別連接至前一個站和后一個站。每個九針頭都內(nèi)置終端電阻，按照情況接入（On）和切除（Off）。一般，在卡件和通信箱內(nèi)為On，就地設(shè)備處為Off。九針頭分為帶可編程口和不可編程口，一般每個網(wǎng)段的卡件處和就地儀表處插頭要使用帶編程口的，便于診斷及維護。分析儀表就地端不使用九針頭，可在總線測試工具加上可編程九針頭測試就地儀表回路的信號情況。

PROFIBUS轉(zhuǎn)換板卡應(yīng)用簡單，透明通信，數(shù)據(jù)完整，時時傳輸。

PROFIBUS-DP從站，波特率自適應(yīng)，最大波特率 12Mbps；支持 IM0 設(shè)備維護功能。

從左到右依次二進制為 bit 7-0 ： 如站地址為 19（0x13），需要撥為 0001 0011，如圖2：

接線方式：把標(biāo)準(zhǔn)電纜的綠線接入端子左側(cè)，紅線接入端子右側(cè)（Profibus-In 端子 和Profibus-Out 端子都遵循此規(guī)則），在 DP 板卡作總線的終端時，只接Profibus-In 端子（入線），同時把終端電阻開關(guān)撥到On 位置，如圖3：

圖3 Profibus轉(zhuǎn)換板卡接線圖

2 現(xiàn)場總線在華能太原東山燃機熱電廠分析儀表的應(yīng)用

2.1 華能太原東山燃機熱電廠分析儀表現(xiàn)狀

我廠分析儀表在線監(jiān)測系統(tǒng)儀表共計96個測點，分布于鍋爐補給水系統(tǒng)、原水預(yù)處理系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)、余熱鍋爐、汽機等。

鍋爐補給水系統(tǒng)共計測點15個，儀表14臺，其中1臺硅表是美國HACH雙通道測量儀表測量混床出水質(zhì)； 8臺ABB導(dǎo)電度儀分別測量反滲透裝置和混床水質(zhì)；1臺ABB氧化還原電位儀表（ORP）儀表測量反滲透水質(zhì)，此儀表為ABB400系列儀表，有測量氧化還原電位和PH兩種測量方式；7臺ABBPH計分別測量熱網(wǎng)＼輔機噴淋泵入口和反滲透裝置水質(zhì)；1臺梅特勒PH計為后期改造新增PH計，此表計與其他品牌表計不同于記錄模塊在電極內(nèi)部，而其他表計的記錄模塊多在變送器內(nèi)。

原水預(yù)處理系統(tǒng)共計測點2個，儀表2臺，兩臺ABBPH計分別測量機械加速澄清池、化學(xué)補水泵水質(zhì)。

酸堿系統(tǒng)4臺ABB儀表分別測量酸堿濃度與酸堿廢水PH質(zhì)量。

兩臺余熱鍋爐共計測點68個，儀表62臺，其中4臺硅表是美國HACH雙通道測量儀表分別測量中壓汽包爐水、高壓汽包爐水、高壓過熱蒸汽、再熱器水質(zhì)；2臺SWAN溶氧表分別測量低壓省煤器、低壓汽包爐水水質(zhì)；2臺奧立龍磷表為雙通道測量儀表分別測量中、高壓汽包爐水水質(zhì)；6臺奧立龍PH表分別測量省煤器及爐水水質(zhì)；1臺奧立龍聯(lián)氨表測量低壓省煤器水質(zhì)；3臺奧立龍鈉表測量過熱蒸汽、再熱器水質(zhì)；14臺奧立龍陽電導(dǎo)表分別測量省煤器、爐水、飽和蒸汽、過熱蒸汽、再熱器水質(zhì)；2臺奧立龍比電導(dǎo)表分別測量中、高壓汽包爐水水質(zhì)；陽電導(dǎo)表與比電導(dǎo)表是同一種品牌型號的儀表，區(qū)別于陽電導(dǎo)表要經(jīng)過氫離子交換柱（其中填充變色樹脂），而比電導(dǎo)表不需要。

汽機共計測點7個，儀表7臺，其中1臺SWAN溶氧表、奧立龍3臺陽電導(dǎo)表、1臺比電導(dǎo)表、2臺PH表分別測量汽機凝結(jié)水、冷卻水及熱網(wǎng)加熱器水質(zhì)。

我廠共有2個控制室、3個電子間控制分析儀表，其中水網(wǎng)控制室控制鍋爐補給水系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)（水網(wǎng)控制室機柜）、原水預(yù)處理系統(tǒng)（水務(wù)區(qū)電子間）。主機電子間控制余熱鍋爐、汽機儀表（汽水取樣電子間）。

鍋爐補給水系統(tǒng)14臺儀表、酸堿系統(tǒng)4臺儀表分別位于化學(xué)水處理車間、酸堿中和池內(nèi)，分布于水網(wǎng)控制室約200米內(nèi)；原水預(yù)處理系統(tǒng)2臺儀表分別位于水務(wù)區(qū)室外、綜合水泵房，距離水務(wù)區(qū)電子間各約50米，距離水網(wǎng)控制室分別約50米，150米； #1余熱鍋爐31臺儀表位于#1余熱鍋爐10米高溫采樣間處，距離汽水取樣電子間約100米，距離主機電子間約270米；#2余熱鍋爐31臺儀表位于#2余熱鍋爐10米高溫采樣間處，距離汽水取樣電子間約10米，距離主機電子間約170米；#3汽機7臺儀表位于#3汽機0米空壓機處，距離汽水取樣電子間約170米，距離主機電子間約200米。

分析儀表自調(diào)試后，各項性能指標(biāo)良好，確保了化學(xué)水質(zhì)良好的監(jiān)視與維護。

2.2 華能太原東山燃機熱電廠分析儀表總線方案

華能太原東山燃機熱電有限責(zé)任公司分析儀表在線監(jiān)測系統(tǒng)采用的是Profibus-DP現(xiàn)場總線協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸速率9.6Kbps～12Mbps。

2.2.1 電纜敷設(shè)

華能太原東山燃機熱電有限責(zé)任公司原水預(yù)處理系統(tǒng)為節(jié)省電纜敷設(shè)，將電子件設(shè)計于水務(wù)區(qū)；汽水取樣電子件放置于#2余熱鍋爐，1#爐通過光纖敷設(shè)，因而節(jié)約電纜費用。汽水取樣系統(tǒng)的奧立龍儀表需用PROFIBUS轉(zhuǎn)換板卡，共計69個，分析儀表敷設(shè)DP電纜約450米，光纖約700米。其中鍋爐補給水系統(tǒng)14臺儀表由水網(wǎng)控制室機柜內(nèi)1號、2號控制器控制；酸堿系統(tǒng)4臺儀表由水網(wǎng)控制室機柜內(nèi)3號控制器控制；原水預(yù)處理系統(tǒng)2臺儀表由水務(wù)區(qū)電子間機柜內(nèi)5號控制器控制；2臺余熱鍋爐62臺儀表、汽機7臺儀表由汽水取樣電子間機柜6號控制器控制。

在敷設(shè)電纜的過程中，動力電纜會干擾DP電纜，所以敷設(shè)DP電纜時，要與其他電纜分開敷設(shè)，避免平行。如果不可避免時，其中間須有分隔板，并至少保持20厘米的間隔，如有雷擊的可能時應(yīng)至少保持50厘米的間距。若需交叉時，應(yīng)直角交叉。有抗干擾要求的線路應(yīng)采用符合有關(guān)規(guī)范要求的屏蔽電纜，在電纜轉(zhuǎn)角處轉(zhuǎn)彎時應(yīng)保持最小可允許的電纜彎曲半徑，簡單彎曲的彎曲半徑應(yīng)大于電纜外徑的10倍，多個連續(xù)彎曲的彎曲半徑應(yīng)大于電纜外徑的20倍。電纜不可拉扯、曲折、打結(jié)，其最大拉伸力為100N，電纜敷設(shè)完畢需要給電纜槽盒增加蓋板，蓋板要嚴(yán)密。

冗余的通信電纜宜在分開的電纜橋架上敷設(shè)，站與站之間通信電纜應(yīng)為一條電纜，不可兩條接在一起，如果儀表暫時未安裝而無法接線，要使用專用連接器臨時接通，而不應(yīng)簡單地扭接。也可不截斷通信電纜，留有余地后直接連接下一個總線設(shè)備。

對于跨建筑的通信介質(zhì)宜使用鎧裝光纜。鎧裝光纜應(yīng)遵循最小彎曲半徑、可允許拉伸力等要求，不應(yīng)擠壓、扭曲光纜，敷設(shè)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范要求。帶連接頭的DP通信電纜的敷設(shè)應(yīng)使用保護套管將連接頭進行保護以避免其損壞，未連接的光纜插頭和插座應(yīng)用保護罩進行防護。牽引通信電纜經(jīng)過有夾角的橋架時，應(yīng)使用滑輪裝置，有橋架等鋒利的邊緣處，要有防護措施。

機柜、接線盒內(nèi)無屏蔽的電纜不應(yīng)與電源線纏繞，沒有屏蔽的露出接線部分應(yīng)盡量短，宜控制在5cm以內(nèi)?？偩€電纜進入機柜時將電纜保護層剝?nèi)ミm當(dāng)長度露出屏蔽層，注意不要破壞其屏蔽層，使用專用EMC電纜卡將其固定在機柜入口，確保其屏蔽層與入口銅排可靠連接。通信電纜在機柜內(nèi)布線時，應(yīng)遠離干擾源，應(yīng)避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線，不宜在柜內(nèi)形成“環(huán)”，應(yīng)避免將變頻器等干擾源包圍在“環(huán)”內(nèi)。

2.2.2 分析儀表現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與4-20mA模擬信號相比，現(xiàn)場總線技術(shù)提高了測量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強：減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性；可組態(tài)設(shè)備實時狀態(tài)和診斷顯示、報警等，快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障位置、原因，快速維修，節(jié)省人力和提高系統(tǒng)可用性。

此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點。由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護工作量，實現(xiàn)真正的數(shù)字化電廠。

3 結(jié)語

華能太原東山燃機電廠工程在部分儀表中進行了現(xiàn)場總線技術(shù)的積極學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)，累積了很多工作經(jīng)驗，根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗和實際效果，我們將在未來的工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)推廣，從而為實現(xiàn)華能東山燃機熱電有限責(zé)任公司的分析儀表全面數(shù)字化生產(chǎn)繼續(xù)努力。

參 考 文 獻

[1] 繆學(xué)勤.20種類型現(xiàn)場總線進入IEC61158第四版國際標(biāo)準(zhǔn).

[2] 西安熱工院·電站自動化及信息技術(shù)——現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用.