引言

目前,國內(nèi)火電機組裝機容量越來越大,機組參數(shù)變大,機組設備增多,現(xiàn)場工藝更加趨向于復雜化。面對如此情況,傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)(DCS)信號傳輸一般采用現(xiàn)場設備與控制器單點單線的模式,這種方式使得DCS控制器獲取現(xiàn)場設備信息量大大減少(比如流量,DCS一般傳輸只是傳輸流量本身,而流量密度、溫度、累積流量等無法傳輸),極大地限制了現(xiàn)場自動化程度。PROFIBUS現(xiàn)場總線通過單根線纜連接多個設備,通過PROFIBUS協(xié)議可獲取大量設備信息,簡單便捷高效,遠方DCS側(cè)實時監(jiān)測更多有效設備數(shù)據(jù)信息,設備安全性得到提高,自動化程度提高。PROFIBUS現(xiàn)場總線全廠化的應用對于數(shù)字化智慧電廠的建設有著重要意義。

某電廠在二期2×1000MW超超臨界二次再熱機組主機和輔網(wǎng)均采用國電南自maxDNA系統(tǒng),采取了PROFIBUS總線和硬接線相結(jié)合的模式。本文分析了基于maxDNA系統(tǒng)的PROFIBUS現(xiàn)場總線的設計、施工、調(diào)試、后期維護要求和所遇問題的解決辦法。

1maxDNA系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制

1.1maxDNA現(xiàn)場總線控制

maxDNA系統(tǒng)是中國華電集團引進的大型分散控制系統(tǒng)(DCS),已成功在國內(nèi)多臺百萬機組成功運行:現(xiàn)場總線技術(shù)在多家電廠均有應用。某電廠二期全廠均采用了maxDNA系統(tǒng),實現(xiàn)全廠DCS一體化。

maxDNA控制系統(tǒng)中,maxРACPROFIBUS總線模塊可以提供1~4通道通信接口,可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況提供1~4條現(xiàn)場總線。其支持的PROFIBUS-DР協(xié)議,可以通過DР和РA轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)PROFIBUS-РA總線的通信。maxРACPROFIBUS總線模塊中每條網(wǎng)段可支持31個總線從站,可支持最大傳輸速率為12Mbit/s,對應DР總線線纜長度100m?？偩€傳輸速率高,相對地可支持總線電纜傳輸距離就會縮短,對應關系如表1所示。

為了保證從站設備與主站之間的有效傳輸性和快速響應性,某電廠總線網(wǎng)段配置12~14總線從站設備,傳輸比特率設置為500kbit/s或者187.5kbit/s,總線線纜長度均設置為最長不超過400m。

maxDNA控制系統(tǒng)所設計網(wǎng)段中,DР總線為雙路冗余設計模式,РA總線為單路設計模式。某電廠二期各系統(tǒng)總線配置如表2所示,輔網(wǎng)各系統(tǒng)總線配置如表3所示。DP網(wǎng)段數(shù)量共計176×2條,DP設備數(shù)量約1664臺:PA網(wǎng)段數(shù)量設計為106條,PA設備數(shù)量約851臺。

1.2現(xiàn)場總線在某電廠應用

PROFIBUS是由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS三部分組成。PROFIBUS-DP(Decen-tralizedPeriphery,分散型外圍設備)主要用于控制器通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備進行通信:PROFIBUS-PA(ProcessAutomation,過程自動化)是通過PROFIBUS協(xié)議將現(xiàn)場溫度、壓力、液位、流量等模擬量信號與DCS控制系統(tǒng)進行通信,從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的4~20mA硬接線方式[2]。某電廠二期采用PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA兩種總線模式。

某電廠二期工程輔網(wǎng)系統(tǒng)中包括鍋鍋補給水系統(tǒng)、海水制氯系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、脫硫廢水系統(tǒng)、采暖空調(diào)系統(tǒng)、精處理系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng),主機側(cè)鍋鍋、爐機、電氣、脫硫、公用均采用硬接線和PROFIBUS總線相結(jié)合的方式。所涉及的總線設備包括:(1)恒春、弗瑞特、SIP0S7型、行力、Limitorque等多種電動執(zhí)行機構(gòu):(2)ABB550型號變頻器:(3)融達興RDx100、RDx200系列的380V電動機智能控制裝置,金智科技5200系列的10kV開關設備:(4)FEST0系列閥島:(5)Fisher、ABB等閥門定位器以及E＋H、奧立龍、羅斯蒙特、西門子等多種型號的流量計、液位計、壓力表、溫度計和各種分析儀表。涵蓋系統(tǒng)廣泛,涉及現(xiàn)場總線設備繁多,提高了現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸能力,同時獲取了大量硬接線無法獲取的現(xiàn)場信號。

某電廠二期工程全廠總線的應用,是該廠建立數(shù)字化智慧電廠的重要組成部分,對于該廠實現(xiàn)數(shù)字化智慧電廠具有重要意義。

1.3maxDNA系統(tǒng)總線調(diào)試步驟

maxDNA系統(tǒng)下PROFIBUS-DP總線調(diào)試步驟為:根據(jù)設備GSD組態(tài)并下裝、編譯功能塊。

1.3.1總線通信組態(tài)

maxDNA系統(tǒng)中采用SyCon軟件來配置總線組態(tài),組態(tài)配置根據(jù)實際設計的網(wǎng)段上所掛載的從站設備進行配置。SyCon軟件配置如圖1所示。FBM為maxPACPROFIBUS總線模塊,作為通信主站,主要配置主站信息、通信速率:網(wǎng)段上設備作為通信從站,主要配置從站地址、設備型號、從站設備描述、GSD文件中數(shù)據(jù)交換所需要的Module參數(shù)。

在配置完成后,需要通過maxDNA系統(tǒng)自帶的總線下裝軟件PROFIBUSDownload將SyCon中配置好的組態(tài)信息下裝到maxPACPROFIBUS總線模塊對應的通道即對應的FBM中,并自動存儲在其中。

1.3.2編譯功能塊

maxDNA系統(tǒng)自帶主站通信功能塊,從站通信功能塊需要根據(jù)不同設備的GSD文件來進行功能編譯。

DP總線冗余模式,即A網(wǎng)段和B網(wǎng)段發(fā)送相同通信數(shù)據(jù)到DCS側(cè)。為了區(qū)分上位數(shù)據(jù)具體由哪一條網(wǎng)段發(fā)送,某電廠編譯了切換功能塊。其功能為當A、B網(wǎng)段均為正常通信時,接收A網(wǎng)段數(shù)據(jù)信息:當A網(wǎng)段出現(xiàn)故障或者通信質(zhì)量差時,自動切換至B網(wǎng)段數(shù)據(jù)信息:當A網(wǎng)段故障解決并且邏輯判斷其通信正常時,自動切換至A網(wǎng)段數(shù)據(jù)信息。

從站設備功能塊編譯,maxDNA系統(tǒng)總線功能塊編譯完之后,在功能塊中根據(jù)現(xiàn)場實際輸入地址、所屬網(wǎng)段、Module參數(shù)即可。功能塊編譯完成,查找無誤后即可下裝至控制器中。

2現(xiàn)場總線施工注意事項

從提高總線的通信質(zhì)量方面考慮,結(jié)合已有項目實際工程調(diào)試經(jīng)驗,工程實施時要關注的幾個地方如下:

(1)總線設備的選用應該嚴格按照預定的總線協(xié)議來選型,必須要符合PROFIBUS-DP協(xié)議,否則無法實現(xiàn)通信。必要情況下,需要送至DCS廠商處進行通信檢測,確認可以通信后,方可用于現(xiàn)場實際建設。

(2)網(wǎng)段的劃分要根據(jù)現(xiàn)場設備實際位置和設備所屬系統(tǒng)來進行。由于現(xiàn)場橋架和設備安裝位置的不確定性,總線網(wǎng)段的排版需要在現(xiàn)場根據(jù)設備位置和設備所屬系統(tǒng)進行劃分。

(3)施工方在放PROFIBUS-DP線纜時,一定要嚴格按照總線網(wǎng)段設計最終版進行順序放線,否則會對后期調(diào)試和投產(chǎn)維護產(chǎn)生比較大的干擾和影響。

(4)一般情況下,DP總線每個網(wǎng)段的PROFIBUS-DP線纜不超過400m,前后設備之間的DP線纜不應該少于1.5m:如果現(xiàn)場設備必須超過400m長度,需在設備端增加光纖通信來延長PROFIBUS總線通信距離。

(5)為保證PROFIBUS-DP總線不受外部干擾,要求DP線纜單獨設計金屬橋架,在金屬橋架上每隔20~30m作一次接地:防止高壓電纜和其他干擾源對PROFIBUS-DP總線線纜產(chǎn)生干擾從而影響通信質(zhì)量。

(6)每條網(wǎng)段最后都會設計有源終端,從站設備自帶的終端電阻模塊需要設置為OFF。有源終端防止信號反射的效果遠比無源終端要好。

(7)設備接線時,PROFIBUS-DP總線線纜需使用專業(yè)總線剝線鉗和一定剝線接線順序,確保銅芯、屏蔽層、外層包裝依次成型。

3通信故障診斷和處理方法

3.1機組調(diào)試期間故障分析

PROFIBUS現(xiàn)場總線在調(diào)試期間會遇到很多處理起來困難棘手的問題,某電廠二期在基建調(diào)試期間也遇到過很多問題,歸結(jié)如下:

(1)錯用GSD文件,很多廠家在提供GSD文件的時候往往會不注意設備具體型號,如ABBACs510和ACs550。GSD文件錯誤,會導致設備無法通信。

(2)設備接線正負端接反,正常DP線纜分為紅綠兩種顏色,紅B綠A。

(3)設備參數(shù)配置出錯。一般設置主要參數(shù):地址、總線模式、開關指令反饋等信號對應的數(shù)據(jù)位、總線使能等。設置錯誤或者少設置選項會導致無法通信。

(4)設備通信說明書與現(xiàn)場實際不符。

(5)DCS側(cè)對設備GSD文件配置錯誤。DCS側(cè)配置組態(tài)時選擇錯誤Modu1e導致無法通信。

(6)總線專用橋架中放置了高壓電纜造成干擾。信號電纜遭受高壓電纜線路電感應和磁感應產(chǎn)生的電壓和電流足以影響電信回路的正常運行,如傳輸質(zhì)量降低、信號失真等[3]。

(7)有源終端未設置ON模式,導致無法通信或通信質(zhì)量差。有源終端未設置ON模式,PROFIBUS數(shù)據(jù)傳輸過程中會導致信號反射干擾原信號的現(xiàn)象,從而導致出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包或通信中斷。

(8)DP頭即總線連接9針D型連接器損壞。國際性的PROFIBUS標準EN50170推薦使用9針D型連接器,用于總線站與總線的連接。

3.2機組投產(chǎn)后維護故障分析

PROFIBUS現(xiàn)場總線在機組投運后也可能會遇到問題,某電廠二期機組投產(chǎn)后現(xiàn)場總線就遇到了一些問題。電廠熱控維護人員按照總線畫面中通信中斷位置、中斷節(jié)點對現(xiàn)場故障點進行有效判斷,可以高效處理解決總線問題。根據(jù)現(xiàn)場運行期間的實際經(jīng)驗,總結(jié)出以下幾條問題及處理方法:

(1)現(xiàn)場設備的通信模塊損壞。冗余模式下,一般此類問題如其中一路通信模塊出現(xiàn)問題,不影響設備運行,DCS側(cè)會出現(xiàn)報警提示此類問題,提示盡快處理。

(2)DCS側(cè)PROFIBUS總線卡件損壞。出現(xiàn)此類問題現(xiàn)象為卡件所帶所有總線從站設備通信全部斷線,需更換總線卡件。

(3)有源終端出現(xiàn)故障。有源終端故障導致信號傳輸發(fā)生反射干擾原信號的現(xiàn)象,影響通信。

(4)機組長期運行,總線從站設備9針D型連接器出現(xiàn)松動。

4結(jié)語

隨著現(xiàn)場總線的廣泛應用,自動化程度不斷加深,現(xiàn)場總線已經(jīng)成為數(shù)字化智慧電廠的重要組成部分。某電廠二期2×1000MW超超臨界二次再熱機組投產(chǎn)以后,全廠一體化maxDNA控制系統(tǒng)及基于maxDNA系統(tǒng)的PROFIBUS現(xiàn)場總線運行穩(wěn)定,完全滿足現(xiàn)場控制要求,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠、設備信息全面。