董梁

摘 要：本文對(duì)智能電廠現(xiàn)場(chǎng)總線的選取、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及目前國內(nèi)應(yīng)用狀況進(jìn)行了分析。通過比較后得出：從設(shè)備投資角度考慮，采用現(xiàn)場(chǎng)總線之后，整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)的投資費(fèi)用較采用常規(guī)DCS有所增加。從調(diào)試角度來說，采用現(xiàn)場(chǎng)總線之后，增加了設(shè)備調(diào)試的難度和復(fù)雜度。綜合考慮到控制機(jī)柜數(shù)量、電纜、橋架減少以及雙絞線接線節(jié)省的現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工程量，節(jié)約電子設(shè)備室面積以及土建費(fèi)用等，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)后，工程投資費(fèi)用變化不大，與常規(guī)方案基本相當(dāng)。而且，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步及更為廣泛的應(yīng)用，總線設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)備的費(fèi)用將進(jìn)一步降低。且工程中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的范圍越廣（現(xiàn)場(chǎng)總線型設(shè)備數(shù)量越多），綜合統(tǒng)計(jì)設(shè)備采購、安裝、調(diào)試等費(fèi)用，投資的經(jīng)濟(jì)效益越明顯。同時(shí)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將帶來全廠管控?cái)?shù)字化和全生命周期的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)成本節(jié)約等有利因素。

關(guān)鍵詞：智能電廠;FCS系統(tǒng);DCS系統(tǒng)

隨上世紀(jì)80年代末期開始發(fā)展起來的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品，以及由此組成的控制系統(tǒng)-現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System），引發(fā)了自動(dòng)控制領(lǐng)域的革命。開放的、全數(shù)字化和雙向、多站的通訊網(wǎng)絡(luò)，與多功能的智能化現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字儀表是FCS的主要特征，它將使自動(dòng)控制系統(tǒng)的效能產(chǎn)生巨大的飛躍，同時(shí)可降低施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)和系統(tǒng)擴(kuò)展等方面的綜合費(fèi)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)作為一種新興技術(shù)，近期已廣泛成功地應(yīng)用在石化、化工、冶金、醫(yī)藥、市政工程、樓宇、建材等多個(gè)行業(yè)。

與其形成對(duì)照的是，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠過程控制中的實(shí)質(zhì)性實(shí)施卻始終不多，究其原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）從2002年下半年開始，電力供應(yīng)缺口導(dǎo)致大量電廠項(xiàng)目大干快上，項(xiàng)目業(yè)主及工程設(shè)計(jì)人員的主要精力放在如何在最短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)任務(wù)，常規(guī)技術(shù)方案自然成為首選;（2）工程技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)的理解僅局限于節(jié)省電纜、功能分散、設(shè)備信息數(shù)字化，缺乏應(yīng)用的積極性;（3）電廠過程控制回路具有相關(guān)度高、控制功能復(fù)雜、安全性和穩(wěn)定性要求高等特點(diǎn)，要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的切實(shí)掌握和實(shí)踐驗(yàn)證;（4）現(xiàn)場(chǎng)總線儀控設(shè)備比常規(guī)儀控設(shè)備價(jià)格高，總線型設(shè)備的選擇范圍還相對(duì)較小，也在一定程度上阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠過程控制中的大量應(yīng)用。

1、現(xiàn)場(chǎng)總線的選取

目前國際上有眾多種類的現(xiàn)場(chǎng)總線，但沒有一種現(xiàn)場(chǎng)總線能覆蓋所有的應(yīng)用面，各行業(yè)應(yīng)用須根據(jù)各自的控制特點(diǎn)選擇適用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。這些年來，通過現(xiàn)場(chǎng)總線在不同行業(yè)中的逐步深入應(yīng)用，專業(yè)技術(shù)人員對(duì)各種總線標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用場(chǎng)合的認(rèn)識(shí)日益清晰。比較一致的結(jié)論是：對(duì)屬于過程控制領(lǐng)域的電站自動(dòng)化控制應(yīng)用來說，PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標(biāo)準(zhǔn)相比而言，F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制（取代4～20mA模擬量），而PROFIBUS不僅適合離散量控制，而且也適用于連續(xù)量控制。

2、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

2.1節(jié)約成本

采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，控制系統(tǒng)的電纜、端子、電纜槽、橋架的用量減少，接線及查線的工作量減少。當(dāng)需要增加（現(xiàn)場(chǎng)總線）設(shè)備時(shí)，可就近連接在現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段上，既節(jié)省投資，又減少安裝（特別是電纜敷設(shè)）的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料表明，可節(jié)約安裝費(fèi)用30%以上。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線變送器和閥門定位器在安裝前無需進(jìn)行單表的校驗(yàn)調(diào)試，安裝后只需在DCS的資源管理器中檢查現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的參數(shù)就能確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備是否正常，閥門的行程可在DCS中做回路調(diào)試時(shí)再進(jìn)行檢查，節(jié)省了調(diào)試時(shí)間和調(diào)試費(fèi)用。

現(xiàn)場(chǎng)總線在初期和現(xiàn)在以及將來都能帶來大幅度的成本節(jié)約。初期的成本節(jié)約表現(xiàn)在基本持平的購買成本和較低的安裝費(fèi)用;而長(zhǎng)期的成本節(jié)約則包括因有了網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備管理所帶來的較低的維護(hù)及運(yùn)行成本，還有較低的擴(kuò)建及改造費(fèi)用。

另外，由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備具有更多的故障自診斷能力，并通過數(shù)字通信方式將診斷維護(hù)信息送往DCS，管理人員通過DCS的資產(chǎn)管理系統(tǒng)查詢所有儀表設(shè)備的運(yùn)行情況，診斷維護(hù)信息，尋查故障，以便早期分析故障原因并快速排除，儀表設(shè)備狀況始終處于維護(hù)人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控之中。與此同時(shí)，根據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)提供的信息準(zhǔn)確地制定大修或搶修的作業(yè)計(jì)劃和備件儲(chǔ)備，不必進(jìn)行總線設(shè)備的周期性輪流解體檢修，縮短停工維修時(shí)間，節(jié)約維修費(fèi)用，降低生命周期成本。

因此，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線所產(chǎn)生的節(jié)省費(fèi)用，是對(duì)控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、發(fā)展的整個(gè)生命周期來計(jì)算的。

2.2開放性、互操作性與互換性

現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求提供了電子設(shè)備描述語言（Electronic Device Description Language， EDDL）。EDDL為對(duì)象設(shè)備提供一個(gè)不依賴某種軟件平臺(tái)的描述文件，使控制系統(tǒng)能夠理解設(shè)備中數(shù)據(jù)的意義。當(dāng)產(chǎn)品符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并通過為驗(yàn)證是否遵守這些標(biāo)準(zhǔn)而做的測(cè)試后，即可實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品與其它符合同樣標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品之間的互操作功能?；ゲ僮餍阅苁箒碜圆煌圃鞆S商的設(shè)備在集成時(shí)更加方便易用。

2.3現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的全數(shù)字化、智能化

現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備將微處理器置入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表和控制設(shè)備中，使其具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。數(shù)字信號(hào)使設(shè)備的信息量大大增加，傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精確度高，減少了傳輸誤差，提高系統(tǒng)的可靠性。傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與基本控制等功能可在現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中完成。

如FF現(xiàn)場(chǎng)總線的壓力和差壓變送器，當(dāng)測(cè)量量程不超過該傳感器的最大量程范圍，則在變送器的AI模塊中通過設(shè)定XD-SCALE和OUT-SCALE參數(shù)就可以修改和設(shè)置該變送器的測(cè)量量程，無需像4～20mA傳統(tǒng)變送器那樣用標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)發(fā)生器來改變和校驗(yàn)變送器的量程。FF現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還能完成控制的基本功能。

3、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用狀況

華能玉環(huán)電廠（4×1000MW）在除鹽水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)中采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，已成功投運(yùn)多年。

廣東南海石油化工汽電聯(lián)產(chǎn)工程中的汽電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，除安全保護(hù)系統(tǒng)外，其余的壓力、差壓、溫度變送器及執(zhí)行器均采用FF現(xiàn)場(chǎng)總線?？刂葡到y(tǒng)采用橫河CS3000控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線范圍包括余熱鍋爐，汽輪機(jī)，燃油鍋爐。

已運(yùn)行的目前世界最大的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用工程——上海賽科90萬乙烯聯(lián)合石化項(xiàng)目。整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控范圍包括90萬噸/年乙烯裝置等9套生產(chǎn)裝置及公用輔助設(shè)施。其中系統(tǒng)總位號(hào)168000個(gè)、現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備10631臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段2473條、工作站為164個(gè)。全廠設(shè)一個(gè)中央控制室，所有生產(chǎn)裝置的操作控制和生產(chǎn)管理全部集中。

4、結(jié)束語

雖然采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在控制設(shè)備的投資上有所增加，并且現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用會(huì)有這樣那樣的困難，如總線設(shè)備維護(hù)施工要求高、對(duì)施工人員素質(zhì)要求較高、由各種因素引起的故障較多且不易排查、需要業(yè)主聯(lián)合調(diào)試單位、DCS供貨商一起推動(dòng)整個(gè)調(diào)試工作等。但是，推廣應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代智能電廠的關(guān)鍵一步。只要能克服以上提到的這些困難，現(xiàn)場(chǎng)總線方案的推廣對(duì)合理控制工程造價(jià)、全面提升電廠自動(dòng)化水平無疑有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭培志，王震，Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)應(yīng)用案例[J].化工自動(dòng)化及儀表，2019，46（8）：674-677.

[2] 陸杰鋒，徐燕娟，基于現(xiàn)場(chǎng)總線冗余技術(shù)的DCS控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，0（25）：101-102.

[3] 肖勝，三種現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在火電廠組態(tài)應(yīng)用的比較與分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2018，37（11）：130-132.

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