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1、现场总线技术在华能金陵电厂二期 2X1000MW 机组控制中的应用研究 华东电力设计院金黔军 1 1 现场总线在电厂过程控制中应用较少的原因 2002年下半年开始 电力供应缺口导致大量电厂项目大赶快上 项目业主及工程设计人员的主要精力放在如何在最短时间内完成项目设计任务 常规技术方案自然成为首选 工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限于节省电缆 功能分散 设备信息数字化 缺乏应用的积极性 2 现场总线技术在电厂过程控制中应用较少的原因 电厂过程控制回路相关度高 控制功能复杂 安全性和稳定性要求 要求对现场总线技术的切实掌握和实践验证 现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高 总线型设备的选择范
2、围还相对较小 一定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程控制中的大量应用 3 近期状况有所改变 德国尼德豪森电厂二期 国华宁海电厂二期 山西平朔电厂 山西嶂山电厂等项目也正在探讨 考虑现场总线技术的实施方案 各大发电集团都十分关注电厂热控自动化新技术的应用和由此产生的巨大效益 华能国际确定了华能金陵电厂二期 九台电厂工程在机组控制中全面试点应用现场总线技术 4 2 现场总线的选取及应用层面 对过程控制应用来说 PROFIBUS和FF总线比较适合 两种总线标准相比而言 FF较适用于连续量控制 取代4 20mA模拟量 而PROFIBUS较适用于离散量控制 但同时也适用于连续量控制 只是在连续量控制方面
3、略逊于FF总线 本工程机组控制系统原则上采用上述两种现场总线标准 5 2 1现场总线的应用层面 火电厂机组控制功能从简单到复杂分布很广 有单回路 串级调节回路 也有多输入多输出的交叉耦合控制系统 还有可靠性要求很高的快速保护联锁逻辑 FF现场总线设备具有一定的控制和运算功能 能够完成较单纯的单回路或串级调节任务 但是对于存在多回路耦合的复杂控制 需要在不同网段间传输数据 就可能影响控制的实时性 6 现场总线的应用层面 Profibus现场总线的现场智能设备本身基本不具备控制功能 通过与SIEMENS EMERSON FOXBORO三家公司的技术交流 华能金陵电厂二期工程最终确定在现场设备层全面
4、采用现场总线技术 调节回路控制策略和设备控制逻辑仍按照工艺系统划分在不同DCS控制器中集中处理 基本不减少DCS控制器的配置 7 现场总线的应用层面 国内火电厂采用的主流DCS基本上都已提供了各自的现场总线解决方案 西门子的T 3000 艾默生公司的OVATION FOXBORO的I A支持FF和PROFIBUS DP现场总线标准 火电厂现场总线的应用将更侧重于现场设备的数字化及由此数字化而带来的种种益处 而不在于纯粹意义上的FCS应用 8 4 3现场总线设备基本情况 1 现场总线型电动执行机构 SIPOS5Flash AUMA ROTORK EMG 这些品牌的产品基本上以支持PROFIBUS
5、 DP总线标准为主 其中ROTORK还支持FF总线标准 9 2 电动机控制装置 西门子公司SIMOCODE智能马达控制器已有大量成功应用业绩 国内的同类产品有东大金智智能电动机控制器 LPC2 530 丹东华通智能马达控制和保护装置 PDM 810MRH DP 苏州万龙智能电动机控制器 ST502 从测试的分析结果来看 国产的智能电动机控制器多为单路PROFIBUS DP设备 均不支持DPV1 不能通过PDM实现设备管理功能 10 电动机控制装置 厂用电动机75KW以上具有PROFIBUS通讯接口的配电装置 除了西门子公司具有完整的产品系列 塑壳断路器3VF 3VL 框架断路器3WN6 3WN
6、1 外 其它厂家还没有同类型产品 这在一定程度上制约了工程的应用 11 3 现场总线型变送器 支持FF和PROFIBUS现场总线地变送器主要有Rosemount公司的3051系列 Siemens公司的SITRANSP系列 Yokogawa公司的EJA ABB公司的2600T系列 Honeywell公司的ST3000系列等等 12 4 现场总线型阀门定位器 美国FISHER ROSEMOUNT公司生产的FIELDVUEDVC系列智能阀门定位器支持FF现场总线 德国西门子公司的SIPARTPS2阀门定位器支持FF和PROFIBUS PA 日本山武公司的SVP3000智能定位器支持FF总线标准 总体
7、来看支持PROFIBUS PA的阀门定位器产品选择余地相对较小 13 5工程实施方案和技术经济分析 5 1方案设想及应用技术分析5 1 1可靠性和可用性为了提高系统的可靠性 现场总线技术 FF和PROFIBUS 已经采用了多项措施 常用的主要有分散和冗余二项 通过诊断可以提高系统的可用性 14 5 1 2实时性 PROFIBUS PROFIBUS DP总线的传输速率可达12Mbit s 计算PROFIBUS DP总线的响应时间可以按下面的计算公式进行计算 tCycle DP 317 nSlaves 11 nBytes TbittCycle PA channel 317 nSlaves 8 nB
8、ytes Tbit整个PROFIBUS DP系统的响应时间 tCycle tCycle PA channel tCycle DP tAcylic 15 实时性 PROFIBUS 一个典型的通过PA总线连接的智能仪表的响应时间为10ms 一个典型的通过PA总线连接的执行机构的响应时间为15ms 一个PROFIBUS DP从站的响应时间 0 3ms PROFIBUS总线系统中一条DP分支的查询循环周期是2ms 一条PA分支的查询循环周期是80ms 16 实时性 FF 17 实时性方面的结论 鉴于目前PROFIBUS PA及FF总线宏周期一般在100m至1s之间 这还是无法满足电厂机组控制中的快速处
9、理回路的时间 50ms左右 要求 因此 系统中为安全或快速响应而设置的开关量信号 我们还是考虑采用常规DCS的I O模件来处理 18 5 1 3故障影响性 各工艺子系统将根据工艺相关性和现场布置位置进行网络分段设计 每个网段上挂接的现场总线数量以不超过该标准规定最大数量的40 50 为宜 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 控制逻辑相关的仪表测点和控制对象原则上挂接在同一总线段上 19 5 1 4系统配置方案 整个机组控制系统按照工艺过程划分为多个子系统 各子系统均采用现场总线技术 鉴于炉膛安全监控系统 FSSS 汽机数字电液控
10、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 对机组安全运行至关重要 回路处理速度要求高 本工程上述系统还是采用成熟的常规控制方式 20 系统配置方案 炉膛负压调节 给水调节 风机喘振保护 高压给水加热器三通切换阀等重要及快速回路也采用常规控制方式 出于机组安全考虑 所有机组电动机及主厂房内重要电源开关的分 合指令信号 状态反馈信号还是通过硬接线方式进入DCS 其它信号通过通讯接口连入机组DCS 21 系统配置方案 380VMCC回路 75KW以下的厂用电动机采用具有PROFIBUS DP接口的智能马达控制器 锅炉吹灰程控 循
11、泵房 燃油泵房控制原则上采用常规远程I O站 为保证SOE的分辨率 建议仍采用常规DI卡或专用SOE卡 22 系统配置方案 变送器总体上均采用现场总线型智能变送器接入DCS 其中 FSSS DEH ETS MEH METS相关的变送器采用具有HART通讯协议的常规智能型进口产品 电动执行机构均考虑采用具有现场总线接口的设备 气动调节阀执行机构采用带现场总线接口的智能定位器 而FSSS DEH ETS MEH METS相关的阀门电动 气动执行机构采用具有HART通讯协议的常规智能型进口产品 23 系统配置方案 电磁阀控制的二位式气动阀门布置较为分散 如采用带总线接口的阀岛进行控制不太合适 故本工
12、程还是采用常规I O方式接入DCS 温度检测信号原则上还是采用常规方式接入控制系统 24 系统配置方案 为充分发挥现场总线设备具有的故障自诊断和网络化管理能力 DCS应配套设置现场总线设备诊断和管理软件 25 西门子T 3000总线应用 26 OVATION总线应用FFH1 27 28 ControlRoom Field DPCable ProfibusDPMaster FiberCable HirschmannOZD HirschmannOZD HirschmannOZD HirschmannOZD FiberCable OVATION总线应用PROFIBUSDP 锅炉汽水部分 DPCabl
13、e DPSegment1 DPSegment2 控制器 1 5 2工程造价分析 29 工程造价分析 整个机组控制系统的投资费用较采用常规DCS增加约200万 但这一投资增加量占整个工程中热控设备材料投资额的比例很小 上述分析并未计及由于电缆 桥架减少以及双绞线接线节省的现场安装施工工程量 据有关典型试验工程的测算资料表明 可节约安装费用30 以上 30 工程造价分析 考虑到应用现场总线技术将带来全厂管控数字化和全生命周期的设计 安装 调试 运行维护成本节约等有利因素 如此程度的投资增加应该是可以接受的 31 6 1存在的问题 与传统控制系统相比现场总线系统优势的发挥 工程安装和调试技术要求提高
14、 现场总线产品的可选范围相对较小 工艺设备成套配供设备的协调较难 32 6 2预防措施 工程技术人员应努力学习现场总线技术的有关知识 加深对现场总线的理解 逐步形成现场总线控制技术的工程应用能力 采用国际知名度高 信誉好 用户多 配套厂商多 产品性能优越的现场总线产品 在工程设计之前应积极开展与DCS厂家之间的技术交流 33 预防措施 由于现场总线设计应用与现场仪表 控制设备的布置位置关系密切 在设计过程中要充分考虑设备的物理安装位置和网络分段对工艺系统运行的影响 所以 设计工作一旦开展 DCS厂家与设计院应紧密配合 相互协调 34 预防措施 针对工艺设备成套配供控制装置采用现场总线的困难 应在工程技术招标中做好技术要求澄清 把评标工作做细 DCS厂家确定后迅速搭建现场设备 变送器 执行机构 马达控制器等 测试平台 通过测试结果确定设备厂商范围 35 谢谢 36
