现场总线技术调研报告

现场总线技术调研报告王振海XXXXXXX热电有限公司2013年03月呼和浩特1目录一、现场总线技术项目概况.........................................................................2二、国内应用概况......................................................................................7三、调研体会.................................................................................................8（一）现场总线技术应用在水处理系统是成熟、可靠的..................8（二）现场总线技术具有的特点............................................................9（三）现场总线技术经济性比较..........................................................11（四）现场总线技术对设计、安装、调试、维护的要求................13四、结论.......................................................................................................142为进一步了解火电厂现场总线技术应用情况，充分做好XXXX2×350MW机组工程采用现场总线技术可行性的论证工作，XXXXX热电有限公司热控专业技术人员于2013年3月18日至19日赴华能南京金陵电厂对现场总线应用情况进行了实地调研。现将调研情况汇报如下：一、现场总线技术项目概况华能南京金陵电厂位于江苏省南京市栖霞经济开发区，一期2台39万千瓦燃气蒸汽联合循环机组，二期安装2台1000MW超超临界燃煤发电机组，三期为2台20万千瓦级燃气—蒸汽联合循环供热机组。公司股东为中国华能集团公司。本次调研重点是二期燃煤机组。二期#3、#4机组由华东电力设计院设计，安装单位分别是江苏电建三公司、东北电建三公司。西安热工院负责现场总线组态调试。二期两台机组于2009年年底投产。主机DCS系统采用德国西门子基于PR0FIBUS总线技术的T3000控制系统。为保证配置安全性和系统稳定性，炉膛安全监控系统(FSSS)、汽机数字电液控制系统(DEH)、汽机本体紧急跳闸系统(ETS)、给水泵汽机电液调节系统（MEH）和给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）采用常规DCS控制方式。辅助生产系统（水、煤、灰以及脱硫）采用PLC控制，部分系统采用现场总线控制，其中净水站、废水控制采用西安热工院研发的具有自主知识产权的现场总线控制系统FCS165，锅炉补给水、凝结水精处理采用具有PROFIBUS总线的西门子的S7系列。应用现场总线技术的系统包括：主机的单回路控制设备；辅助车间中的锅炉补给水处理、凝结水精处理、净水站。3现场总线采用三层网络，监控层网络为冗余工业以太网、控制层网络是采用冗余Profibus光环，现场设备层网络选用Profibus-DP,Profibus-PA，系统中采用了多种现场总线智能仪表和设备。总线控制对象中，DP设备包括电动执行机构、马达控制器、、变频器等，PA设备包括压力变送器、温度变送器、流量计、定位器及液位计等。其中＃1机组总线对象978个，锅炉侧现场总线通信柜20个，汽机侧现场总线通信柜11个。公用系统总线对象14个，控制器2个，现场总线通信柜2个。＃1机组详情见下表：工艺系统总线对象智能马达装置电动执行机构气动执行机构智能变送器1锅炉汽水45109262锅炉启动2255123锅炉疏水放气251874锅炉风3312036224515锅炉烟811037346锅炉制粉1081836547锅炉燃油7168主蒸汽和再热蒸汽151149汽机抽汽47262110凝结水6728132411给水522142712加热器疏水放气669164113辅助蒸汽232114814汽机抽真空1144315汽机EH及润滑油85316开式循环冷却水2820817闭式循环冷却水24146418给水泵汽轮机本体1282219给水泵组本体61414辅助车间锅炉补给水处理总线对象114个，现场总线通信柜5个；凝结水精处理总线对象104个，现场总线通信柜4个；净水站总线对象42个，现场总线通信柜3个。详情见下表：工艺系统总线对象变频器智能马达装置电动执行机构气动定位器阀岛智能变送器1锅炉补给水处理11415276424382凝结水精处理1040263219543净水站4221260418以华能金陵电厂锅炉补给水处理系统为例，PLC控制器选用西门子S7-417H，组态编程软件为STEP7，上位机编程软件采用IFIX4.0。现场总线建立监控层网络（冗余工业以太网）、控制层网络（冗余Profibus光环）和现场设备层网络（Profibus-DP,PA）。现场设备中除温度信号、分析仪表、和过程开关采用常规控制外，其余采用现场总线设备。现场总线由控制柜的双DP主站引出，通过光电转换模块(OLM)经光纤延伸到现场，连接1个DP冗余网段、1个DP网段和1个PA网段，DP网段分2组，第1组用来连接系统内的电动执行机构；第2组通过Y-LINK连接马达控制器和变频器（单口），在每段DP总线的末端单独增加1个有源终端电阻，使传输线路阻抗匹配，保证通信的可靠性。PA网段由DP／PA链接器从冗余DP总线上接出，连接测量变送器信号。网络配置图如下：5图1监控层和控制层网络图2现场设备层网络6总线电缆满足下列参数：名称PROFIBUS-DPPROFIBUS-PA标准EN50170IEC61158-2电缆电阻110Ω/km44Ω/km电缆截面积0.8mm²0.32mm²双绞线带屏蔽带屏蔽通讯速率12MBit/s(在≤100米)31.25kBit/s在设备选型上，总线对象均选用具有PROFIBUS总线的设备。各总线设备厂家提供总线设备样品送DCS公司进行联网测试，西安热工院作为技术支持方出具测试报告，最终设备选型仅在通过测试的下列产品厂家中选择：电动执行机构、电动门：EMG、SIPOS、ROTORK等电动机MCC智能装置：SIMOCODE、东大金智变频器：ABB、SIEMENS定位器：ABB、FISHER、SIEMENS智能变送器：ABB、SIEMENS、ROSEMOUNT阀岛：FISTO、ASCO、SMC最后设备详情如下表所示：编号名称及用途数量总线规范设备情况设备厂家1超滤反洗水泵2只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB2一级反渗透升压泵2只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB3二级反渗透升压泵2只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB4二级RO#1NaOH计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB5二级RO#2NaOH计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB6二级RO#3NaOH计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB7超滤出水#1还原剂计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB8超滤出水#2还原剂计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB9超滤进水#1杀菌剂计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB10超滤进水#2杀菌剂计量1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB7泵11#1阻垢剂计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB12#2阻垢剂计量泵1只PROFIBUS-DP带DP接口变频器ABB13其它电动机及搅拌机27台PROFIBUS-DP智能马达控制器东大金智14超滤部分气动开关阀（单电控）10台PROFIBUS-DP阀岛总线控制启停，阀门反馈信号通过硬接线到阀岛；FISTO15超滤部分气动开关阀（双电控）12台PROFIBUS-DP阀岛总线控制启停，阀门反馈信号通过硬接线到阀岛；FISTO16反渗透部分气动开关阀（双电控）10台PROFIBUS-DP阀岛总线控制启停，阀门反馈信号通过硬接线到阀岛；FISTO17电除盐部分气动开关阀（双电控）2台PROFIBUS-DP阀岛总线控制启停，阀门反馈信号通过硬接线到阀岛；FISTO18压力变送器38台PROFIBUS-PAABB2600T19气动调节阀4只PROFIBUS-PASIEMENS20电动调节阀门执行机构1台PROFIBUS-DPSIPOS21电动阀门执行机构5台PROFIBUS-DPROTORK据了解，该系统自从2009年投运之后，运行情况一直稳定。但出现过通讯故障、信号干扰问题。主要原因是在安装过程中没有按照现场总线相关要求施工造成。如：现场总线电缆与非屏蔽电缆间隔距离不够、未满足电缆转弯半径要求、未按照要求接地或接地线不规范。在经过处理之后，类似问题消失。二、国内应用概况进入二十一世纪后，现场总线技术在各个领域都具有了不同程度的应用，近几年，现场总线技术应用到了火力发电厂的工艺系统。代表当前国际先进现场总线技术的典型电厂，德国科隆附近RWE集团的尼德豪森电厂（1X950MW），采用了德国西门子公司的现场总线技术；美国堪萨斯的OPPD能源集团的Nebraska电厂（2X740MW）燃煤机组，8采用了艾默生公司的现场总线技术，这两个电厂的重要保护、控制系统，如锅炉安全监控系统（FSSS）、汽轮机控制和保护系统（DEH、ETS）、重要的模拟量控制仍采用常规方案。应用在国内火电厂的现场总线协议有Profibus和FF两种，在两种协议中以Profibus协议构建的控制网络为主，目前支持现场总线协议的DCS有西门子公司的T-3000、美国艾默生公司的Ovation、美国Foxboro公司的I/A、美国ABB公司的800XA、西安热工研究院有限公司研发的FCS165、国电智深的EDPF现场总线、和利时HOLLiAS-MACS现场总线、GE新华的OC6000现场总线等。其中国内应用现场总线技术的电厂，以600MW和1000MW机组等级为主流，选用范围在辅控车间水处理系统中居多，在单元机组中应用的较少。即使应用在单元机组中，重要保护，联锁及自动控制系统仍然采用常规的DCS控制。300MW机组等级以上的国产DCS厂家，主要有国电智深、GE新华、和利时、西安热工研究院FCS165。国电智深在广东肇庆热电（2×350MW）使用，并于2012年底投运；和利时在大唐淮北虎山（2×660MW）使用，目前在设计阶段；GE新华在华能大庆热电（2×350MW）使用，目前在设计阶段。总之，这三家应用现场总线业绩较少。西安热工院的FCS165系统在国内业绩相对较多，如华能南京金陵电厂（2×1000MW）的废水处理、净水站系统，华能玉环电厂（4×1000MW）的水处理系统、华能秦岭电厂（2×600MW）的全厂主辅控系统等。三、调研体会（一）现场总线技术应用在水处理系统是成熟、可靠的9经过了解，现场总线技术应用到国内电厂的系统，主要是化学水处理，从2006年华能玉环电厂4×1000MW开始在水处理系统上选用现场总线技术以来，截止2012年底，应用现场总线的电厂逾40多个。基本选择在化学水处理系统上使用现场总线。经过几年的应用发展，现场总线控制系统和设备日益成熟，可选择的控制设备也更加广泛。（二）现场总线技术具有的特点1.现场总线代表数字化随着计算机技术和通信技术在电力行业的广泛应用，数字化已普遍应用于电力生产过程的决策层、管理层和监控层，数字化电厂也逐步成为现代化发电企业发展的方向，现场总线是数字化电厂的基础。由于DCS采用的是模拟量、开关量，不具备将设备状态的实时信息上传至控制器的功能，而全数字、双向通信现场总线信号制，完全解决了智能现场仪表与智能控制室仪表之间的连接问题，为现场控制设备级实现数字化、建设真正意义上的数字化电厂提供了基础