袁亚敏

【摘 要】现场总线（FCS）是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯，已经受到世界范围的关注成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。

【关键词】现场总线；PROFIBUS；应用；金陵；肇庆

一、现场总线技术在国内的发展

现场总线是20世纪90年代迅速发展起来的工业控制通讯技术，目前正逐渐成为工业过程控制系统及智能化仪表的关键核心技术。以现场总线构成的控制系统具有以下特点：

（1）控制分散，且能在线运行条件下对系统和现场设备进行诊断，能进一步提高运行可靠性。

（2）双向数字式传输，避免了模拟量信号在传输过程中的受干扰和衰减，传送精度高。

（3）施工、安装方便，能节省50～75%的电缆，仪表柜及相应的工程量，而且特别适用于防爆等级要求较高的现场。

（4）通信协议标准国际化，只要合乎总线协议标准的现场仪表都可以与此方便地联用和通讯。

目前，国内受关注较多的现场总线技术主要包括HART、PROFIBUS、FF等种类，国内的研发工作也主要是围绕着以上几种现场总线技术来进行的。

二、PROFIBUS现场总线技术在国内外电厂的应用

国内电厂的现场总线技术发展和应用工作也得到了实质性推进，2010年华能南京金陵电厂和吉林九台电厂全面应用现场总线的电厂相继投产，应用范围更广、更全面，是真正意义上的全厂现场总线应用：

1、南京金陵电厂现场总线的应用

华能南京金陵电厂位于南京市，现拥有2×390MW燃气蒸汽联合循环机组和2×1030MW超超临界燃煤机组。其中两台百万燃煤机组DCS、DEH控制系统采用西门子控制有限公司的SPPA-T3000系统，精处理、化学制水系统采用了西门子S7-400系统，废水处理使用了西安热工院的FCS165系统。几个系统都支持PROFIBUS总线协议，全部使用了分散控制和现场总线技术。

1）主控制系统：机组主控系统共有26+2对控制器，设计了场总线通讯柜35只、51个冗余Profibus-DP网段、11个非冗余Profibus-DP网段、124个Profibus-PA网 段 其中Profibus DP连接358个现场总线设备段。

2）辅助控制系统：补给水和脱硫程控采用SIEMENS PLC现场总线控制系统；凝结水精处理程控也采用SIEMENS PLC现场总线控制系统；净水和废水程控采用FCS165现场总线控制系统。

3）总线设备的测试：先后完成了四大类16种现场总线设备的测试（即电动执行机构：ROTORK、SIPOS、EMG、AUMA，变送器：ROSEMOUNT、ABB、EJA、SIEMENS、SIEMENS超聲波物位计、Magnetrol液位计，气动阀门定位器：SIEMENS ABB，智能马达控制器：SIMOCODE、金智科技、丹东华通、苏州万龙电厂根据总线设备的测试和评价报告，及时召集相关专业对总线设备的现场应用、设备技术支持情况、工程应用业绩和产品技术性能进行讨论，形成了金陵电厂总线设备的选型指导原则。

4）总线设备及网段的确定：出于安全运行和回路处理速度的考虑，FSSS、DEH和ETS采用成熟的常规控制方式设计，最终确定了单元机组有997 个总线设备在机试期间出于安全考虑，又将11个总线设备改为常规控制。

5）安装、调试过程中的问题：总线电缆施工工艺的质量问题，在实际施工过程中发现很多由于施工问题导致的总线电缆线芯变形、屏蔽破损和PA设备接线端子进水，导致网络通讯故障，且此类故障排查困难，只能逐个设备排查，找出问题电缆更换。此类问题在于施工期紧张，电建公司对总线电缆敷设认识不够，总线电缆进入设备时穿线孔过小，引起电缆受损。

在实际的施工中发现经常存在DP设备终端电阻误设，电缆正负极性和两网交叉接线错误，导致网络通讯故障。实际调试中还发现了部分总线设备未按网段图施工的现象，对问题的处理制造了障碍。

2、国电电力肇庆现场总线的应用

该项目新建2台350MW超临界燃煤热电联产机组，DCS采用智深公司的EDPF-NT系统，在DCS现场设备层采用Profibus现场总线技术。其覆盖范围包括：机、炉、电、除尘、除灰等范围。不减少DCS控制器的配置，调节回路控制策略和设备控制逻辑仍按照工艺系统划分在DCS控制器中集中处理。

1）总线网段划分原则：根据设计院提供的I/O清册、P&ID图并结合DCS厂家提供的DPU分配清册，整理出网络分段资料。

先确定所有将纳入总线系统中的就地设备类型，分为双DP型、单DP型、PA型。

确定设备所在的系统，一般同一系统中的设备应放在一起。

考虑到设备所对应DPU的带载能力，不应将过多设备集中在同一台DPU下。同一网段下的设备不能超过Profibus协议的规定最大数量。冗余DP设备与单DP、PA设备不混接，一个网段内最多接10台冗余DP设备。单DP设备可以与PA设备混接于同一网段，混接的网段内设备总数不应超过12台。一个网段内的PA设备分支数量不应超过两个，每个分支的PA设备不应超过6台。

参考线缆长度的规定，综合系统P&ID图，考虑设备的物理位置，将符合以上各条要求且物理位置相近的就地设备划分入同一网段，设计时应考虑走线的合理性。

2）Profibus线缆铺设限制：设备间连接线缆长度不得少于1m。如果设备距离过近，将使容值叠加，甚至造成信号位误判。保证足够的设备间线缆长度使得两信号尖峰之间留有延时，而不至于相互叠加。

当一个网段中只有两个设备，设备间连接线缆长度不得少于2m。由于从站ASIC芯片测得回路电阻≤110欧姆时，将视为总线中有短路现象而报错，所以必须保证足够的线缆长度以引入足够的回路电阻。

DP：每个网段不得超过400米。

PA：每个网段总长度：不得超过1900米。

PA分支线长度：

非本安区域：不得超过60米。

本安区域：不得超过30米。

3）现阶段存在的问题：

肇庆单网DP、PA设备实际接线图：由于PB卡和Siemens通讯设置的原因，现场未使用Y-LINK和冗余DP/PA转换器，故只能实现卡件冗余而现场PROFIBUS DP总线皆为单网的情况

由于智深DCS、Siemens通讯限制的原因，单网DP/PA转换器无法使用Siemens品牌，只能使用倍加福品牌。

三、结论

现场总线技术对传统的突破是把管控信息无缝隙地结合在一起，它的最大特点是能够产生和提供比传统控制设备丰富得多的信息，并且这些信息能够有效地供给生产管理层，实时与在线地实现生产和运行的综合管理。它搭建了从运行控制到生产管理的畅通的信息渠道，与管理信息系统结合，可以更准确更有效地实现设备维护和检修工作的精确实施，从计划检修转变为状态检修。现场总线技术为电厂的全面信息化和运行管理现代化提供了基础和平台。尽管现阶段在电厂的实际应用中还不是十分的成熟，在安装、调试过程中遇到这样或那样的困难和不确定因素，机组运行期间的如何保证系统安全，特别是如何有效利用丰富的信息量等方面都需要进一步的改进和完善。但我们不能因此而因噎废食，停步不前，因为谁也无法阻挡科技的进步和人类发展的脚步！

（作者单位：国电电力邯郸东郊热电有限责任公司）