湖南華電常德發(fā)電有限公司 游松林 伍海榮 程思

淺析新建機(jī)組總線技術(shù)施工質(zhì)量的管理辦法

湖南華電常德發(fā)電有限公司 游松林 伍海榮 程思

為了成熟地將總線技術(shù)應(yīng)用在DCS系統(tǒng)，確保工程順利投產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢，本文從多個(gè)方面進(jìn)行了深入分析，重點(diǎn)解決了總線通信不穩(wěn)定、總線電纜敷設(shè)不規(guī)范以及總線功能不能得到充分有效利用等問題并提出了系列解決方法。

數(shù)字化；信息化；總線技術(shù)；通信穩(wěn)定性；施工質(zhì)量

1 研究的背景及意義

一種新的過程控制技術(shù)的應(yīng)用，其在設(shè)計(jì)，施工，調(diào)試和后期維護(hù)管理上，大多數(shù)技術(shù)人員都缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，特別是在如何提高現(xiàn)場總線系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，對電廠技術(shù)維護(hù)人員提出了更高的要求[1]。本文通過對總線技術(shù)的深入研究和探索，使讀者對總線施工質(zhì)量的把控有了較為全面的認(rèn)識(shí)和了解，并能夠熟練運(yùn)用相關(guān)技能解決總線設(shè)備運(yùn)維過程中的技術(shù)和管理問題，使得機(jī)組設(shè)備穩(wěn)定性以及人員技能水平不斷提高，有效降低了安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，為電廠數(shù)字信息智能化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 總體技術(shù)思路

現(xiàn)場總線作為一種新興的控制技術(shù)，首先要在保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，再通過提高專業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)頻次和質(zhì)量、強(qiáng)化施工過程工藝管控、增強(qiáng)總線電纜抗干擾能力等方面提高總線系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性和施工質(zhì)量，達(dá)到本課題研究的目標(biāo)。

3 技術(shù)內(nèi)容及方法

3.1 提高專業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)頻次和質(zhì)量

新建電廠要充分利用有效資源，邀請資深熱工院或總線設(shè)備廠家等現(xiàn)場總線調(diào)試經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，對工程施工、調(diào)試技術(shù)骨干人員進(jìn)行有針對性的技術(shù)講課和現(xiàn)場培訓(xùn)，規(guī)定所有人員均需通過技能考試后方可獨(dú)立上崗。在總線設(shè)備安裝、調(diào)試過程中還要定期考察和檢驗(yàn)施工人員安裝工藝，確保設(shè)備安裝工藝完全符合相關(guān)規(guī)程要求。

圖1 總線電纜與動(dòng)力電纜分開分層布置

3.2 強(qiáng)化施工過程工藝管控

在施工過程中業(yè)主需聯(lián)合總線咨詢方主動(dòng)介入，充分了解總線設(shè)備的實(shí)際安裝情況和進(jìn)度，掌握施工過程中遇到的問題。將存在的問題及時(shí)向設(shè)計(jì)院反饋，并要求設(shè)計(jì)院通過設(shè)計(jì)變更進(jìn)行最大程度的優(yōu)化，確保該總線控制回路完全“接地氣”。在總線設(shè)備硬件安裝基本完成后，進(jìn)行組態(tài)調(diào)試的過程中，要充分利用總線咨詢方技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，對避免過多調(diào)試問題的產(chǎn)生可以起到事半功倍的效果。

3.3 增強(qiáng)總線電纜抗干擾能力，提高通信品質(zhì)

圖2 總線電纜采用獨(dú)立槽盒

圖3 DCS機(jī)柜內(nèi)總線電纜整理前

3.3.1 電纜槽盒內(nèi)總線電纜與動(dòng)力電纜分層布置，如圖1所示。

動(dòng)力電纜與通信電纜應(yīng)分開排列，若需平行敷設(shè)，其間距不宜小于20cm，有雷擊可能的應(yīng)不小于50cm。若需交叉時(shí)，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(shí)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(gè)連續(xù)彎曲的彎曲半徑應(yīng)大于電纜外徑的20倍，在彎曲半徑不夠的情況下，需要采用滑輪裝置[2]。

3.3.2 總線電纜應(yīng)采用獨(dú)立槽盒進(jìn)行放置，避免其他電纜或設(shè)備產(chǎn)生干擾，如圖2所示。

3.3.3 當(dāng)總線通信電纜通過復(fù)雜電磁環(huán)境（如變頻器等強(qiáng)干擾源）或離開橋架后應(yīng)用金屬套管保護(hù)[2]。但實(shí)際施工中總線電纜與變頻器電纜難以達(dá)到1m以上距離，建議最好將大型變頻器改用硬接線控制。

3.3.4 總線通信電纜不應(yīng)出現(xiàn)中間斷點(diǎn)，如果電纜長度不夠，則應(yīng)重新敷設(shè)；如果是該設(shè)備暫時(shí)未安裝而無法接線，則應(yīng)使用專用連接器臨時(shí)接通，而不應(yīng)簡單地扭接。也可不截?cái)嗤ㄐ烹娎|，留有余地后直接連接下一個(gè)總線設(shè)備。

圖4 DCS機(jī)柜內(nèi)總線電纜整理后

3.3.5 現(xiàn)場總線不同于傳統(tǒng)DCS，傳統(tǒng)DCS的現(xiàn)場設(shè)備通過多根電纜將不同信號(hào)分別傳入DCS，而現(xiàn)場總線是單條（或雙條冗余）通訊線經(jīng)過多個(gè)從站設(shè)備連入DCS[3]。這就決定了現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的設(shè)計(jì)必須充分考慮廠房空間結(jié)構(gòu)，通信電纜敷設(shè)余量不宜過長，不應(yīng)形成環(huán)狀。可根據(jù)設(shè)備空間位置修改電纜鋪設(shè)路徑進(jìn)行二次優(yōu)化，制定新的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D或?qū)CS機(jī)柜、電纜槽盒、FF分配箱以及總線終端電阻箱內(nèi)多余電纜剪除（圖3、圖4）。

3.3.6 在PROFIBUS DP網(wǎng)段中，當(dāng)傳輸速率超過1.5Mbit/s時(shí)，任何分支線路(Spur Lines)都不應(yīng)存在[4]。在分支線路上不應(yīng)使用終端電阻，分支線路長度應(yīng)按照下表1的要求敷設(shè)。

3.3.7 在PROFIBUS DP網(wǎng)段中，DP總線最大網(wǎng)段長度與傳輸速率（比特率）有關(guān)，盡量不要超過其允許的最大長度，當(dāng)長度超過時(shí)建議采用光纖通訊[4]，其最大網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展長度詳見下表2。

3.3.8 在FF-H1網(wǎng)段中，網(wǎng)段總長度等于主干線與所有分支線的長度之和，網(wǎng)段總長度應(yīng)不大于1900m，并且建議采用類型A標(biāo)準(zhǔn)通信電纜[5]，其特性詳見下表3。

3.3.9 基于傳輸線理論、實(shí)驗(yàn)室測試和現(xiàn)場安裝經(jīng)驗(yàn)，F(xiàn)F-H1網(wǎng)段中的分支線宜不超過30m，最大允許分支長度為200m，且每個(gè)分支線應(yīng)只連接一個(gè)FF-H1設(shè)備。

4 取得的工程質(zhì)量效果

在總線設(shè)備安裝、調(diào)試過程中，通過采用多種手段或方法，使總線施工質(zhì)量得到明顯提升，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

表1 PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)中允許分支線路長度

表2 各項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)頻次統(tǒng)計(jì)（單位：次）

表3 典型FF H1通信電纜特性

表4 總線設(shè)備故障率對照表

4.1 成功解決多類總線設(shè)備通訊配置問題，切實(shí)提高了設(shè)備的通信穩(wěn)定性

不同品牌總線設(shè)備特別是個(gè)別國產(chǎn)品牌與DCS兼容性不強(qiáng)，通訊建立困難。通過本課題的多次試驗(yàn)和深入研究，成功解決了ABB定位器與Ovation DCS系統(tǒng)通訊無法建立問題，并形成成果；FF總線設(shè)備通訊擁堵造成通訊無法連接問題；霍尼韋爾總線變送器頻繁通訊故障問題；總線型馬達(dá)控制器通道配置問題；電動(dòng)執(zhí)行器頻繁通訊故障等諸多問題。

4.2 優(yōu)化施工管理，有效降低了隱患潛藏的風(fēng)險(xiǎn)

4.2.1 因業(yè)主、總線咨詢方以及監(jiān)理單位的全程介入跟蹤，其全面參與現(xiàn)場施工技術(shù)指導(dǎo)、過程監(jiān)督以及質(zhì)量驗(yàn)收，最大程度上杜絕了施工和調(diào)試過程中埋下安全隱患的可能。

4.2.2 “因地制宜，量體裁衣”根據(jù)不同的施工現(xiàn)場實(shí)際情況，專門制定相應(yīng)的實(shí)施辦法，減少了施工和調(diào)試過程中不規(guī)范操作造成的設(shè)備損壞。

4.3 優(yōu)化總線設(shè)備施工工藝，取得極佳效果

4.3.1 總線電纜敷設(shè)通過采用分層分開放置，獨(dú)立配置槽盒的方法，最大程度地減少了總線電纜受到強(qiáng)電的干擾。

4.3.2 總線電纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行二次優(yōu)化，通過減少總線電纜長度和中間彎折，減少信號(hào)的衰減，提高了總線系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)減少了電纜的使用，初步估算可節(jié)約電纜10%以上。

4.3.3 嚴(yán)格控制不同類型總線的網(wǎng)段長度，確保通信品質(zhì)優(yōu)良，較遠(yuǎn)距離DCS信號(hào)傳輸廣泛采用光纖通訊，有效提高總線系統(tǒng)抗干擾能力。

4.3.4 通過對比其他電廠可以看出，經(jīng)采用本課題所述施工質(zhì)量管理辦法，總線設(shè)備故障發(fā)生率明顯降低，具體對比情況詳見表4。

[1]張少仲,張欣.現(xiàn)場總線在工程自動(dòng)化中的發(fā)展應(yīng)用.自動(dòng)化博覽,2005:6

[2]魏志,蔡霞,鄒躍平.FF 現(xiàn)場總線的安裝與調(diào)試[J].自動(dòng)化儀表,2007,28( 7) :61－66.

[3]曾衛(wèi)東,王春利,等.大型火電機(jī)組現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討[J].熱力發(fā)電,2010( 3):5－8.

[4]崔逸群,顏渝坪,等.FF和Profibus現(xiàn)場總線在火電廠的應(yīng)用研究[J].熱力發(fā)電,2006( 2):40－44.

[5]鐘耀球,張衛(wèi)華.FF總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2010.