DCS现场总线技术在火电厂的应用

摘 要：简述现场总线技术的特点，提出总线技术在电厂辅助厂房的应用方案，并对其存在问题进行分析。电厂总线技术的应用是日后发展的主要趋势。

关键词：现场总线；电厂辅助车间；应用

1 前言

近年来，现场总线技术的应用已在火电厂中逐渐推广开来。控制系统采用现场总线技术，使其在结构和性能上产生了较大提高。现场总线作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。现场总线不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分部控制系统。

现场总线至今未形成完整统一的国际标准。对于电厂控制过程而言，应用较多的为PROFIBUS和FF总线。其中FF较适用于连续量控制，而PROFIBUS较适用于离散量控制，但同时也适用于连续量控制。本篇主要以PROFIBUS标准来讨论总线技术在辅助厂房的应用。

2 现场总线的技术优点

现场总线技术的一个重要特点是不仅能够传送过程I/O信号，也能够将非过程数据通过总线进行输送。在一个基于现场总线技术的系统中，操作员可以从工作站观察到工厂内每一台现场总线设备的内部运行情况。

基于现场总线技术的设备可执行比单纯的输入输出更多的功能。一台变送器不仅能够进行测量，而且还可以完成补偿和累计功能；一台阀门定位器不但能对阀门定位，还可以完成流量的特征化与过程回路的控制等其他功能。

现场总线可从现场设备和仪表取得更多的维护诊断数据。自诊断例行程序对设备的健康状况进行检查。通过先进的自诊断功能找出设备的故障是整个现场总线功能链中的第一步，它将为整个工厂在生命周期内节约运行成本。

利用对影响磨损的因素进行超前指示，预测将更容易和精确。如符合现场总线规范的阀门定位器通过跟踪阀杆往复的次数来收集诸如循环动作次数等统计数据，由此来预测因密封件摩擦增加而导致的性能下降。

现场总线在初期和现在以及将来都能带来大幅度的成本节约，从使用现场总线所能达到的成本节约来看，初期的成本节约表现在较低的购买成本、工程设计与安装的费用；而长期的成本节约则包括因有了网络话的设备管理所带来的较低的维护及运行的成本，还有较低的扩建和改造的费用。

3 PROFIBUS现场总线在辅助车间的应用

3.1 PROFIBUS-DP系统配置方案

過程控制站控制器（DPU）与PROFIBUS协议转换模件连接，协议转换模件通过其提供的4个分段接口连接PROFIBUS-DP从站。框架图如下：

对于具有冗余DP接口的现场总线设备（电动执行机构），采用冗余协议转换模件和冗余DP段。同时为了减少信号反射，保障通讯质量，一般在网段的末端位置需要加设终端电阻。如下图：

考虑到大量的智能设备不具有冗余DP口（各类仪表、变送器、电磁阀箱），因此采用冗余协议转换模件和单DP总线配置方案，通过y-link实现冗余DP网段与单DP网段的转换。如下图：

此外由于电子间至就地现场总线通讯箱的距离比较远，而PROFIBUS-DP电缆在500Kbit/s的通讯速率下的最大传输距离只有400m，因此需要使用光电转换器将电信号转换成光信号，有效通信距离长达2km。

3.2 PROFIBUS-PA系统配置方案

对于应用PA总线的设备，通过DP链接器和DP/PA耦合器将DP网络转换为PA网络，然后与智能现场设备相连。链接器作为一个DP从站并调度PA设备，DP/PA耦合器用于实现物理层信号类型转换和总线供电。此外通过PA分配盒将单根PA信号拆分为多根PA信号，用于从主干线上连接现场仪表。将PA分配盒布置于若干相近的设备之间，可以减少分支电缆长度，降低成本。

4 结论

现场总线技术代表着数字化火电厂的发展方向，目前在国内外电厂已经有了一定规模的使用。随着我国火电机组容量的不断增大和电力市场竞争的日益激烈，建设数字化电厂是电力工业自动化和信息化发展的必然趋势。它将促进企业网络的快速发展，为企业带来新的效益，因而会得到广泛的应用。

参考文献

[1]聂晓剑.PROFIBUS的现场总线系统应用设计[J].江苏商报·建筑界，2013，（17）：217-219.

[2]崔逸群，李昱，颜渝坪，等.国产profibus现场总线控制系统在火电厂的全面应用[J].中国电力，2012，45（10）：56-58.

（作者单位：1.中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司；2.施耐德电气设备工程（西安）有限公司）

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