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摘要：本文主要针对目前现场总线技术在火电厂主控系统的应用情况，从多角度比较现场总线控制系统(FCS)和分散控制系统(DCS)优劣，提出现场总线技术应用中存在的问题，并对火电厂采用现场总线技术提出建议。
关键词：火电厂；现场总线技术；DCS
1概述
近年来，现场总线技术越来越多应用到电力行业的过程控制中，尤其在火电厂机组主控系统。由于该技术具备全数字，高精度，多变量传输，增强的计算和控制功能，高分散度，数据信息量大并安装投资费用低的特点，使火电厂机组主控系统逐步由DCS改为FCS来实现。
2现场总线技术及总线控制系统
2.1现场总线标准及特点
国际上现有的各种总线及总线标准种类很多（多达几十种），目前适合火电厂使用且使用较多的是PROFIBUS和FF总线标准。PROFIBUS是过程现场总线ProcessFieldBus的缩写。它是由十三家工业企业及五家科研机构在德国联合开发的，国际化的、开放的现场总线标准，它不依赖于设备生产商。FF是现场总线基金会FieldbusFoundation的缩写。现场总线基金会是国际公认的、唯一不属于某企业的、非商业化的国际标准化组织。这两种总线标准其相比特点而言，FF适用于连续量控制(取代4~20mA模拟量)，而PROFIBUS适用于离散量控制，但同时也适用于连续量控制（在连续量控制方面略逊于FF总线）。
2.2主流现场总线控制系统
主要包括：西门子公司基于PROFIBUS现场总线的T3000系统；艾默生公司的Ovation控制系统；ABB公司的800xA控制系统和FOXBORO的I/A系统。这些几种主流现场总线控制系统在国内外火电厂均有成功的应用业绩。
2.3就地现场总线设备现状
采用现场总线控制系统要求就地仪表设备具有智能功能，通过FF和认证并支持PROFIBUS总线接口的产品，对较好品牌的变送器类、执行器类及阀门定位器可满足这些要求。而对非现场总线仪表，如温度测量的热电阻、热电偶及逻辑开关等就地仪表是无法直接接入现场总线控制系统的。
2.3.1变送器类
世界各大仪表生产厂都相继推出了现场总线型变送器，通过FF和认证的变送器已经有60多种，目前火电厂普遍使用的变送器如3051系列、EJA系列、SITRANSP系列等产品，并得到广泛使用。
2.3.2执行器类
目前广泛使用的电动执行器ROTORK、AUMA、SIPOS等进口品牌的产品。国产设备中也有支持现场总线的产品，如扬州恒春、瑞基等。
2.3.3现场总线型阀门定位器
主流气动调节阀阀位定位器产品中，美国的FIELDVUEDVC系列智能阀门定位器，德国的SIPARTPS2阀门定位器。
2.3.4阀岛
对于相对集中的两位控制气动门可采用阀岛进行控制，目前主流的阀岛产品有FESTO、SMC、NUMUTICS阀岛等。
3现场总线技术在国内燃煤电厂的应用
近些年国内火电厂现场总线技术有了进一步的应用，如华能金陵电厂、华能九台电厂。其主控系统均采用了SIEMENS公司的SPPPA—T3000控制系统，属于PROFIBUS现场总线技术和设备。
华能金陵电厂2×1000MW超超临界燃煤机组采用现场总线，单元机组控制系统设置23对控制器，其中20对控制器作为现场总线控制器（锅炉侧13对，汽机侧7对），单元机组共用了约有975台现场总线仪表设备。
华能九台电厂2×660MW超临界燃煤机组是亚洲最大容量燃褐煤塔式锅炉机组。主厂房机组主控系统采用SIEMENS公司的SPPPA—T3000控制系统，单元机组控制系统设置19对控制器，其中9对控制器作为现场总线控制器（锅炉侧5对，汽机侧4对），单元机组共用了约有354台现场总线仪表设备。
以上两个火电厂是主控系统采用现场总线设备较多、范围较大，且在国内投入商业运行较早的火电厂。
4经济技术分析
4.1FCS与DCS比较
目前，无论采用FCS还是DCS，机组主控系统调节回路的控制策略和设备控制逻辑仍在控制系统的控制器中集中处理，这样FCS与DCS的控制器配置数量是相当的，FCS还需配供现场总线电源模块、现场总线通讯柜、现场总线电缆（部分光缆）及现场总线分线盒等。通过前些电厂机组现场总线控制系统招标情况的分析（进口），FCS方案投资较同规模机组DCS高约10％。
4.2就地仪表
总线就地仪表及就地控制设备均要采用智能型，且满足业主选定现场总线控制系统的通讯规约。重要现场仪表还要具有冗余通讯接口。这将较大增加投资费用。
4.3电缆及电缆桥架
较大规模采用现场总线控制系统可以较大程度上节约电缆、电缆桥架等安装材料，相应减少了施工工程量。
5现场总线技术在火电厂应用中存在的问题
5.1可选用现场总线设备范围相对少
近年来现场总线技术有一定的发展，现场总线仪表也有较大发展，我国基于FF、PROFIBUS等通信技术的智能化模块和仪表的研究和开发取得可喜进步，但比起常规仪表无论是规格品种还是相对少，且国内能生产现场总线设备且质量优良产品还是相对较少。这就在设计中可选用现场总线设备受到一定的限制。尤其是火电厂就地仪表不可能全部采用智能仪表，还存在相当部分非智能仪表，如温度测量（热电阻、热电偶），现场分散的温度测点虽可通过现场总线智能变送器（如采用EMERSON公司的848T）接入控制系统，但对现场相对集中温度测点如锅炉壁温、再加汽机和发电机本体温度测点采用该方式接入控制系统，将会大大增加工程投资费用。且就温度类型而言，采用现场总线方式接入增加的信息内容其效益也不显著，一般工程温度检测点原则上还是采用常规I/O模件接入控制系统。对现场所用的逻辑开关（如液位、压力、压差开关）它也属非智能仪表，只能常规I/O模件接入控制系统。
5.2难以保证火电厂控制的实时性
在实际应用中，涉及火电厂主控系统中对机组安全运行有重大影响的系统不能用现场总线控制系统。PROFIBUS和FF总线宏周期一般在100ms~1s之间，而火电厂机组控制中的快速处理回路的时间要求为50ms左右，即现场总线实时性还是无法满足机组控制中的快速处理回路的要求。故目前FSSS、DEH、MEH、ETS、MEH/METS和SOE等仍采用常规I/O模件接入控制系统。
5.3对工程设计、工程安装和工程调试技术水平要求高
采用现场总线系统，将大大增加工程设计难度和工作量。先要将采用现场总线技术要求编写入相关设备技术规范文件中，其次根据现场总线技术要求进行网段设计工作，网段设计要考虑许多因素，各总线设备如变送器、执行机构的具体物理位置，每个网段的电缆总长度不能超一个定值，每个网段内的总线设备根据现场位置布线的顺序，确定各分配盒的位置。现场总线系统的安装工程量减少，但却增加了技术难度。如通讯电缆的分支连接、现场总线仪表通讯接口调试、接线等，需要特殊的工艺和方法。这些虽然能掌握，但与常规安装工艺和方法有差别，需要特殊的培训。此外，由于现场总线技术包含许多新的技术内容，组态参数多，在工程调试和运行时会遇到较多困难。
5.4没有将现场总线技术优势充分发挥
由于火电厂机组主控系统的复杂性，没有将调节回路控制策略和设备控制逻辑下装在智能执行机构内，而是做在控制系统的控制器内。甚至简单的控制逻辑也是在控制器内完成，这就没有实现真正意义上的FCS应用。而目前采用现场总线制系统FCS投入商业运行的火电厂，其现场总线制系统FCS仅完成了监控的基本功能，并没完全把设备诊断、设备管理等功能集中一起纳入控制系统，没有实现由“设备故障检修”变为“设备状态维护”，使得火电厂大、小检修周期由人员的经验来决定，不是根据大量现场实时信息进行提炼总结归纳，导致现场总线技术优势没有充分发挥。
6对火电厂采用现场总线技术的建议
综上所述，火电厂在现场设备层全面采用现场总线技术和设备，从技术方面、设备情况、应用经验、工程设计方面到投资都可行。但考虑到新建火电厂特点和现场总线技术目前的应用情况，笔者提出以下建议。
6.1应避免把现场总线技术应用作为亮点来宣传
就现阶段而言，现场总线技术在火电厂的应用已不再是试点，而应着重在发挥优势以及带来的经济效益。仅在火电厂的某个辅助车间（如：锅炉补给水，凝结水精处理，输煤和除灰等）或某个工艺系统（如：脱硫）选用现场总线技术，把现场总线技术应用作为亮点来宣传是没有必要的。
6.2新建火电厂采用现场总线技术应注意其局限性
尽管现场总线技术已在火电厂主厂房机组控制系统有了商业运行的业绩，但其应用还是存在局限性和一些问题。并且局限性就目前技术能力是无法克服的，如对非智能化仪表、对机组安全运行有重大影响和实时性要求严的系统是不能纳入现场总线控制系统，如FSSS、DEH、ETS、MEH/METS和SOE等仍采用常规I/O模件接入控制系统。
6.3采用现场总线技术的火电厂一定要充分发挥新技术优势
在确定火电厂要采用现场总线技术，应该在可行性研究设计阶段。在三大主机招标时就应将现场总线的技术条件写进主机招标文件，目前对新建火电厂也是这样做的。
就采用现场总线技术的火电厂其范围应尽可能大，在主厂房机组主控系统、辅助厂房（水、煤、灰）辅控系统均采用现场总线控制系统和设备，其范围和规模尽可能做的大，使之产生良好的经济效益。
采用现场总线技术的火电厂，应把现场总线技术应用所带来经济效益放在首位。对现场总线技术设备的在线组态、调试、自动诊断、校正等管理等主要功能应作为参建各方（设备供应商、软件组态单位及调试单位等）的考核指标，将这些考核要求写入现场总线控制系统供应商、调试单位等的相关技术协议中，在火电厂投入商业运行把它作为重要的考核指标，这样才能将充分发挥现场总线技术优势。
参考文献
[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用（第2版）.清华大学出版社.2008-10-01
作者简介
钱烨（1985-），女，工程师，2010年毕业于西安交通大学动力工程及工程热物理（热能工程系）专业，工学硕士学位，主要从事火力发电厂的自动化设计咨询工作。