超超临界火电机组新建工程现场总线设备配置规划

叶智　瞿丽莉　张幸福

摘 要：随着智能化火电厂建设的不断推进，现场总线控制系统作为实现智能化电厂建设的必要条件，其在新建火电厂机组的应用范围也从初期的局部辅控系统逐步发展到主控系统和辅控系统的全场一体化应用，现场总线设备的配置规划需要综合技术创新和技术风险进行考虑，本文从新建火电厂主控系统与公用系统及辅控系统两个层面提出了现场总线设备的规划原则。

关键词：智能化火电厂；新建火电机组；现场总线设备；配置规划

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.190

0 引言

工厂自动化技术在现代通信技术、计算机网络技术、自动化技术的推动下已发展到第3代—现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称FCS）阶段，FCS系统的出现代表了工业自动控制系统一个新时期的开始[1]。截至2016年底，全国火电装机105388万千瓦，为各种先进新型控制系统的广泛应用提供了可能，尤其是随着环保及节能减排、竞价上网等政策的不断深入推进，火电厂控制系统将向更高性能的安全、可靠、高效、智能目标发展[2]，这同时也推动了智能化火电厂的建设，从而推动了现场总线系统和现场总线设备在火电厂的应用，为综合考虑技术创新和技术风险，有必要针对总线设备在新建火电机组的主控系统及2公用系统与辅控系统上的应用提出合理配置规划。

1 主控系统现场总线设备规划原则

考虑到超超临界火电机组控制系统的大容量和高参数等技术特点和要求，应以技术成熟且应用广泛的分散控制系统（DCS）为基本系统，无缝嵌入现场总线网络通信模件，形成现场总线的各级网络，连接现场总线仪表、设备，实现数据采集、控制和设备驱动。应采用现场总线系统的信息处理、设备诊断和设备管理软件，充分发挥FCS的技术优越性。需要统筹考虑工程风险和技术创新二者的综合效益，提出以下配置原则：

（1）对锅炉、汽机本身的运行安全有重大影响的系统，现场总线控制方式的安全稳定性略低于传统方式，故仍采用传统的DCS硬接线和I/O设备；

（2）SOE由于现场总线采集方式无法满足快速实时性要求，故采用常规DCS采集方式；

（3）汽机数字电液控制系统（DEH），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（4）汽机本体紧急跳闸系统（ETS），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（5）汽轮机监视系统（TSI），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（6）给水泵汽轮机监视系统（MTSI），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（7）给水泵汽机紧急跳闸系统（METS）和给水泵汽机电液数字控制系统（MEH），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（8）引风机汽轮机监视系统（MTSI），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（9）引风机汽机紧急跳闸系统（IMETS）和引风机汽机电液数字控制系统（IMEH），由于现场总线技术不支持，故采用常规控制方式；

（10）主机润滑油系统、盘车系统、高压抗燃油系统、减温水系统等，由于系统重要性跟环境温度原因不易采用现场总线控制方式，故采用常规控制方式；

（11）等离子点火系统关系到机组安全性，故采用常规控制方式；

（12）所有开关量仪表，如压力/差压、液位、温度等过程开关无设备管理的需求，故采用常规DCS采集方式；

（13）温度信号由于无设备管理需求，故采用常规DCS采集方式；

（14）較为分散的开关型气动执行机构若采用现场总线技术会大幅度增加成本，且无设备管理需求，故采用常规控制方式；

（15）重要保护系统的变送器关系到机组安全性，故采用常规DCS采集方式，但要求仪表支持HART协议，以便实现远程管理；

（16）用于重要保护回路的电动/气动执行机构关系到机组安全性，仍采用硬接线方式；

（17）机组分析仪表由于设备较为分散且数量较少，采用现场总线采集方式会大幅度增加成本，故采用常规采集方式；

（18）所有6kv电机及变频器由于对现场总线通信的干扰较大，故采用常规DCS方式；

（19）对于系统安全性影响较小的380V电机采用FCS方式，采用国产马达控制器，冗余型总线接口；

（20）锅炉、汽机和公用控制系统中选择部分子系统从仪表、电机驱动设备、执行机构采用FCS（选取冗余通信口的总线设备），选用范围可在高压加热器疏水、低压加热器疏水放汽、主汽/再热汽、抽汽、辅汽、凝结水、开式水、厂内循环水、循环水泵房、汽动引风机汽机、油净化、发电机氢油水、汽水、锅炉吹灰、风烟、制粉、低温省煤器、脱硫系统（机组）、脱硝SCR区、机组除灰、相对位置较集中的大小汽机疏水门等；

（21）FSSS中磨煤机系统电动执行机构设备和信号可采用FCS；

（22）重要辅机（六大风机、磨煤机等）的400V油站电机不采用设备厂家自带的设备，应由DCS统一控制，采用现场总线控制方式，其油箱加热器也可采用现场总线；

（23）从现场直接采集的DAS信号全部采用FCS的仪表、设备；IDAS信号采用国产冗余Profibus-DP接口的远程智能前端采集通讯至DCS的方式；

（24）锅炉吹灰系统一体化电动门及压力变送器采用现场总线控制方式，而吹灰器本体若采用现场总线方式需采购大量马达控制装置，大幅度增加成本，且吹灰器可管理的信息较少，故弊大于利，采用常规硬接线控制方式；

（25）脱硫、脱销选用与主控DCS相同的控制系统硬件，部分设备考虑采用现场总线方式；

2 公用系统及辅控系统现场总线设备规划原则endprint

在公用系统及辅控系统的现场总线设备规划原则上，总体与主控系统现场总线设备规划原则基本保持一致，针对不同现场总线设备类型，提出以下配置原则：

（1）由于公用系统及辅控系统不存在对锅炉、汽机本身的运行安全有立即重大影响的系统，所以公用及辅控可大范围的采用现场总线技术；

（2）温度信号由于无设备管理需求，故采用常规DCS采集方式；

（3）所有开关量仪表，如压力/差压、液位、温度等过程开关无设备管理的需求，故采用常规DCS采集方式；

（4）所有6kv电机及变频器由于对现场总线通信的干扰较大，故采用常规DCS方式；

（5）公用及辅控与主机现场总线协议保持一致，可采用总线的设备包括压力变送器、差压变送器、流量变送器、流量计、超声波液位计、雷达液位计、部分化学分析仪表、受控电机、电动执行机构、阀岛等，选用范围可在空压机、暖通空调、锅炉补给水、取水泵房、净化站、凝结水精处理、精处理再生、机组汽水取样、加药系统、生活污水、含煤废水、灰库、含油废水、脱硫废水、公用除灰、公用脱硫等；

（6）所有现场总线型电动执行机构均采用国产设备，由于公用及辅助车间无影响机组安全性设备，考虑造价等综合性原因，采用单现场总线通信接口（已能满足现场需求）；

（7）所有现场总线型智能变送器、液位计、电磁阀岛、气动定位器均采用成熟的进口产品（国产设备无成熟产品）；

（8）所有采用现场总线控制方式的电机，均配置国产智能型马达控制器，冗余现场总线通信接口；

（9）凝结水精处理在线化学分析仪表均采用成熟的进口产品，锅炉补给水和汽水取样在线化学分析仪表中pH计和电导率由于造价原因且无过多设备管理信息故采用常规采集方式的国产仪表，其余设备采用成熟进口产品；

（10）生活污水、含煤废水及含油废水系统中电机由于采用现场总线控制方式，需配置马达控制器，会大幅度增加造价，且系统中小型电机无过多管理信息，故采用常规控制方式；

（11）现场总线仪表和设备应选择通过现场总线标准权威组织注册认证且在工业控制中有应用业绩的产品；

（12）采用现场总线仪表和设备的诊断、管理软件，对FCS网络、设备进行诊断和管理。

3 结语

现场总线控制系统作为新一代控制系统，突破了常规DCS系统采用专用通信网络的局限性，采用基于公开化和标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷[3]。随着智能化电厂建设不断推进，现场总线控制系统作为智能化火电厂建设的必要条件也就推动了现场总线设备在新建火电厂的应用。目前火电厂工程技术员对现场总线技术的了解与掌握程度还处在初级阶段，所以在工程应用上要统筹考虑技术风险与技术创新两个方面，总结归纳其在主控系统和公用系统及辅控系统上的应用范围和配置原则，从而充分发挥利用现场总线设备的技术优势。

参考文献：

[1]侯维岩，费敏锐编著.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].清华大学出版社，2006（12）.

[2]杨新民，肖勇等.火电厂监控系统现状及发展[J].热力发电，2014

（11）.

[3]凌志浩主编.DCS与现场总线控制系统[M].华东理工大学出版社，

2008（09）.

作者简介：叶智（1975-），男，江西乐平人，硕士，高级工程師，研究方向：现场总线控制系统研究与开发。endprint