2和利时现场总线在电厂的应用

现场总线控制系统在电厂机组的应用杭州和利时自动化有限公司2014年12月概述现场总线控制系统（FCS）---数字化电站建设的需要概述2000年4月公布的国际现场总线标准IEC61158包括了10种类型，其中基金会现场总线（FF）和过程现场总线（Profibus）在过程控制领域有较广泛的应用，FF较适合模拟量控制，Profibus均适合开关量、模拟量控制。电力系统大面积使用现场总线从华能九台600MW机组开始，在南京金陵电厂2台1000MW机组全面应用。电力系统使用最为成熟的总线为Profibus.我公司从2000年就从链路层完成掌握Profibus总线技术，在Profibus总线技术的应用中走在前列。2013年大唐虎山2*660MW主辅DCS项目的投产，首台国产总线。目前和利时总线项目1000MW机组6台，2台600MW机组。现场总线控制系统在电厂大型机组的应用主要内容和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时现场总线控制系统结构总线接入对DCS影响分析总线项目与常规DCS项目实施的区别和利时DCS总线系统与国外DCS系统对比和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用–DCS控制层网络采用冗余Profibus现场总线控制–总线所有传输和控制设备均自主研发、生产特点和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时现场总线产品-主站及从站FM1203FM1203SM902ASM902AI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OFM1203FM1203终端电阻光缆光纤分线盒光纤分线盒终端电阻终端电阻交换机128网交换机129网SM131现场DP设备（冗余通讯接口），最多31台控制网A控制网B现场PA总线电缆工程师站系统网A系统网B主机柜现场总线柜DPA网DPB网通讯通道1通讯通道2PROFIBUS-DPEthernet终端电阻终端电阻现场设备网段1现场设备网段2控制器PALINK主站：DPU从站：模块以及现场总线设备和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用电源模块光电收发器DPY--LINKDP/PA--LINKDP--HUB终端电阻浪涌保护器和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用其他总线设备：FM1203光纤收发器转接板K-JNCT01-AFM192A-TR终端电阻PA终端电阻K-BUST02终端电阻K-BUST03终端电阻PA总线分配器4口RS485总线接头预制电缆KX-BUSA-8-1.5m多功能总线端子转接预制电缆（5根/面）和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用结论：总线仪表接入后，DCS运算周期满足数据采集要求。以A侧风烟系统配置为例。I/O设备22个，13个总线网段，其中DP网段4个设备17个，DPY-LINK4个，DP/PALINK5个，最大所带DP设备9个，PA所带最大设备9个。DP速率1.5Mbps，PA速率31.25Kbps，DPLINK500Kbps.tCycle=(317*22+11*16*22)/1500000+(317*17+11*6*17)/1500000+(317*9+11*6*9)/500000+(317*9+8*6*9)/31250=123.46ms其中：DP设备：18.46ms,PA设备：105ms.均低于扫描周期的50%。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用上下级总线网络采用双光纤环路设计，下级LINK与总线设备构成公共系统通过非周期数据将自身的诊断报警等数据上报给设备管理软件，便于管理和维护局部故障不影响到整体的安全性实现物理上的隔离，下级故障不影响上级实现可靠性要求措施总线网络支持分段设计DP模块具有强大的监示诊断功能单侧总线故障，不影响控制DP/PALINK/DPY-LINK冗余配置，切换无扰动和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用①总线设备周期性数据：严格遵循PROFIBUS总线通讯的报文格式。控制器采用周期地读取从站的输入信息并周期地向其从站发送输出信息的数据处理方式。采用确定性传输协议，保证了总线数据的确定性传输。②总线设备非周期性数据：控制器在每一个轮询周期的末端进行非周期的数据处理。对总线设备进行诊断、设置、报警处理。实现设备的智能化管理，发挥总线系统的优势。对非周期数据的响应时间不大于250ms.系统集成的AMS设备软件，完成上述工作,非周期数据响应时间1s—2s。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用和利时DCS总线系统与国外DCS系统对比和利时总线设备国外系统总线设备DPY-LINK网络通讯速率9.6Kbps,45.45Kbps,93.75Kbps,187.5Kbps,500Kbps,1.5Mbps自适应9.6Kbps,45.45Kbps,93.75Kbps,187.5Kbps,500Kbps,1.5Mbps，12Mbps自适应电缆最远传输距离1200m（≤93.75Kbps，无中继）1000m（187.5Kbps，无中继器）400m（500Kbps，无中继器）200m（1.5Mbps，无中继器）100m（＞1.5Mbps，无中继器）1200m（≤93.75Kbps，无中继）1000m（187.5Kbps，无中继器）400m（500Kbps，无中继器）200m（1.5Mbps，无中继器）100m（＞1.5Mbps，无中继器）带DP设备能力电气带负载能力≤31(不带中继器)，最大125个电气带负载能力≤31(不带中继器)，最大126个电气隔离上级通讯与下级通讯隔离，隔离等级1500VAC@1min.@5mA上级通讯与下级通讯隔离，隔离等级1500VAC@1min.@5mA冗余网段切换时间30ms+20*网段设备数量70ms+50*网段设备数量DP/PALINK现场侧PA网络通讯速率31.25Kbps31.25Kbps电缆最远传输距离1900m,1300m/18AWG（推荐）1900m带PA设备能力电气带负载能力≤30电气带负载能力≤31和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线项目与常规DCS项目实施的区别网段设计总线设备接地要求总线网络、设备调试和诊断总线设备组态和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用网段设计要点①现场总线网段的设计应考虑网段总的电流负载、电缆型号、总线干线长度、总线支线长度、电压降和现场设备数量、总线的拓扑结构形式等。总线网段上可挂的设备最大数量受到设备之间的通信量、电源的容量、总线可分配的地址、每段电缆的阻抗等因素影响。和利时推荐配置：各PROFIBUS-DP网段所连设备数量平均不超过10个，各PROFIBUS-PA网段所连设备数量平均不超过9个。②同一支路应尽量把控制类设备布置在前端，监视类设备布置在后端。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用网段设计要点③网络设计不仅要根据工艺和控制功能，而且要根据设备的地理分布、功能的相关性等因数，设计各层网络的覆盖范围、支路的数量、支路及分支的长度、各分支的设备数量等。冗余设置的现场仪表应接入不同网段；工艺上并列运行或冗余配置的设备，其相关驱动装置应连接在不同的网段上。和利时推荐配置：PROFIBUS-DP单网段的总线电缆长度最长400m（500Kbps），Profibus–PA网段(31.25Kbps)总长度(干线和支路之和)不大于1300米。PA分线盒到仪表的距离不大于30米。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线设备接地要求①Profibus-PA总线采用单点接地原则，Profibus-DP总线采用多点接地原则。②对于多点接地的设备接地，为有效避免干扰的要求，因此要求厂房区域的接地网为等电势接地，系统各类总线设备的接地原则如下：a)就地现场总线柜的入口安装接地铜条，选用25mm2接地电缆连接至就近的等电势接地系统，进入总线柜的Profibus-DP/PA总线电缆的屏蔽层与机柜入口的铜条可靠连接；和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线设备接地要求b)Profibus-DP电缆屏蔽层与DP设备的屏蔽夹/端子可靠连接，并根据接地电缆长度选用4-8mm2电缆连接至就近的等电势接地系统，使接地电阻小于4欧姆，如就近找不到可靠接地点（接地电阻可能大于4欧姆），考虑取消此处的接地；c)Provirus-PA电缆屏蔽层与PA设备的屏蔽夹(如有)及PA分配盒的电磁兼容接头可靠连接，PA设备及PA分配盒不接地。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线网络、设备调试和诊断①DP从站的诊断和DP-link、PA-link下仪表的诊断和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线网络、设备调试和诊断②DP&PA设备对象化包装，自定义诊断和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线网络、设备调试和诊断③Profibus诊断工具包Profibus诊断工具包包括：ProfiTrace2侦听器、PA超级探针、配套线缆以及Profitrace侦听软件。ProfiTrace2可以用来检测Profibus网络中几乎所有的错误。以下列表描述了该工具包支持的故障类型。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线网络、设备调试和诊断接主控制器USB①站地址重复或设置错误②缺少终端器或断线③A线和B线之间的短路④根据波形判断设备故障。。。。和利时提供的现场总线解决方案、特点及应用总线设备组态①每个总线设备有一个GSD文件，通过导入DCS组态软件中，建立设备的链路。通过解析总线设备的通讯字，得出设备的控制字、状态字、给定值、实际值等数据，用于后续的组态，后续组态与常规DCS一致。②通过挖掘总线设备内部更多的信息，建立设备的运行档案，建立智能管理设备的画面和报警等。鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案现场总线控制系统在电厂大型机组的应用主要内容配置原则系统规模；系统配置；网段划分；鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案系统配置原则FSSS、DEH、MEH和BPC、ECS采用常规DCS方式SOE采用常规DCS采集方式；所有6kV电机采用常规DCS方式。保护和重要控制回路的4～20mA变送器的仪表宜选择具有HART协议的变送器.接入常规DCS.温度信号一般采用远程I/O或常规接入DCS鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案系统规模①常规测点：a)锅炉侧：3561点；汽机侧：749点；电气侧：980点；b)远程I/O：炉侧：859点；机侧：655点。②总线设备：a)DP仪表和设备：锅炉侧：434个；汽机侧：219个.b)PA仪表和设备：锅炉侧：222个；汽机侧：205个.鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案系统配置①系统网设备：6个操作员站，6个工程师站，1台历史站、1个SIS接口站、2台通讯站。②控制网设备：a)控制站：35个。锅炉侧：10个；汽机侧：14个；电气1个.b)现场总线柜：锅炉侧：25个；汽机侧：13个.鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案网段划分----锅炉①燃油、密封风区域：②A磨煤机③B磨煤机④C磨煤机⑤D磨煤机⑥E磨煤机⑦F磨煤机⑧主汽压力鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案网段划分9A引风机系统10B引风机系统11A空域器12A送、一次风13B空域器14B送、一次风15启动系统16给水系统鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案网段划分17再热器、过热器18炉侧疏水19过热器减温20燃烧器风门21燃烧器风门22除渣系统23吹灰系统124吹灰系统225吹灰系统3鸿山电厂1000MW超超临界机组现场总线控制系统方案网段划分----汽机①主汽系统设备、高旁：②高加系统：③除氧器系统：④辅汽⑤低加系统⑥凝结水系统A⑦凝结水系统B⑧汽泵系统A⑨汽泵系统B鸿山电厂1000MW超超临