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现场总线方案设想和技术经济分析

2009年05月19日 ?? 收藏0

  0 概 述

  现场总线(field bus),按其国际电工委员会IEC61158的定义为:“安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线”;由现场总线和现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统通称为FCS(Field bus Control System)。

  1 方案设想

  根据对现场总线技术的应用情况,本工程660MW超临界机组火力发电厂现场总线的设计方案初步考虑如下:

  1.1 智能变送器采用HART现场总线连接

  目前发电厂所配的智能变送器(如压力、差压变送器),基本是带有HART通讯功能的智能变送器,HART现场总线是1986年美国罗斯蒙特公司首先研制开发出来的一种现场通讯协议,它在过程控制仪表普遍采用的4~20mA标准信号的基础上叠加了数字信号。这个数字信号是利用频移键控技术(Frequency Shift Keying)将数字信号变换为音频信号,协议规定信号的频率为1200bit/s。这个音频信号正弦波的平均值为零,所以在现场模拟信号中不增加直流部分,因此两根线上可同时传送互不影响的模拟和数字信号。

  目前大多数电厂只是利用了带有HART通讯功能的智能变送器的模拟量信号,而对数字量的信号却无实际应用。但国内也有一些电厂已应用了带HART通讯功能的智能变送器的数字量信号,如华能威海发电厂二期工程(2×300MW)机组,把所有现场智能变送器(每台机组约200台)的HART信号送入HART多路转换器,接入罗斯蒙特的设备管理系统(AMS),扬州二电厂将现场智能变送器(每台机组约500台)的HART信号送入OVATION分散控制系统,可在控制室的计算机上就能监视、管理和调整运行的设备。

  据有关资料介绍,采用智能变送器HART信号及AMS系统在提高工作效率、增强机组安全经济性方面大有益处。采用传统方法在检修或日常维护工作中,要对检验的压力、差压变送器进行解列/投运、停电/送电、拆线/接线、拆/装等工作,检验一台变送器需要使用中、高级检修工1.5个工作日。采用HART信号及 AMS,变送器检验工作全在电脑中完成,检验一台变送器只需约15分钟,大大提高了工作效率。采用HART信号或AMS,可充分利用智能变送器的功能,在计算机上可监测到变送器安装环境的环境温度,根据变送器检测的环境温度,决定是否采用保温措施,防止测量管路冻结或冻坏变送器。在现场变送器的故障报警方面,采用HART信号或AMS能够帮助迅速查明故障原因,缩短故障排除时间。

  本工程可采用智能变送器的HART信号构置设备管理系统,以提高工作效率,减少设备维护费用的支出,并提高测量系统的准确、可靠性。

  1.2 电动门采用现场总线

  在德国Niederaussem电厂中,现场总线电动门用于对安全特性无特殊要求的自动控制任务(如汽水循环、烟气系统和机组协调),对于对安全特性有特殊要求的自动控制任务(如锅炉保护和燃烧器管理等)及用于汽轮发电机的闭环控制设计(如DEH等)不采用现场总线。

  本工程考虑进一步扩大现场总线电动门的范围。不仅是电动关断门采用现场总线,电动调节门也可采用现场总线。采用的系统范围也可进一步扩大,可以考虑参考德国Niederaussem电厂现场总线电动门的设置范围,即除了对安全特性有特殊要求的自动控制任务及用于汽轮发电机的闭环控制设计外,其它电动门均采用现场总线电动门。现场总线电动门的总线网络可采用冗余通讯网络,以确保控制网络的可靠性。

  1.3 电动机采用现场总线

  由于设备厂家在这方面也没有成熟的经验,在系统调试及设备单体调试中遇到了一些困难,主要是SIMOCODE存在损坏现象,这主要是由于现场环境不良及维护不善造成。另外,也出现过通讯中断情况,故障发生后,通过采取了SIMOCODE与DCS系统通讯的抗干扰隔离措施,加装PROFIBUS有源抗干扰模件,增加适量的接口设备如(Y型切换器、光电转换器等)改进措施,改进后类似故障未再出现。江阴夏港电厂400V及以下电机均采用现场总线方式控制,通过现场总线与分散控制系统连接,对于6kV电机,启、停指令信号及电机已启、已停信号可通过硬接线信号进入分散控制系统,其它信号通过总线方式进入分散控制系统。两台机组目前已投入运行,采用现场总线控制运行情况稳定可靠。

  从电厂电动机采用现场总线控制情况来看,电动机采用现场总线控制在电厂实际运行中已证明是可靠的,而且也已积累了一定的经验。在本工程中可根据电动机的电压情况进行分别对待:400V及以下电机采用现场总线方式控制,所有信号都通过现场总线与分散控制系统连接,对于6kV电机,启、停指令信号及电机已启、已停信号可通过硬接线信号进入分散控制系统,其它信号可通过总线方式进入分散控制系统。


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现场总线? FCS? HART?

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