第0章現(xiàn)場總線儀表前言

現(xiàn)場總線儀表前言國防工業(yè)出版社2005年出版火電廠控制和管理系統(tǒng)可分為3級:（1）廠(管理)級SIS/MIS（2）機組(車間)級DCS（3）現(xiàn)場設(shè)備級FCS。機組(車間)級已經(jīng)實現(xiàn)了全數(shù)字化,廠(管理)級也有了飛速發(fā)展并不斷完善,普遍建立了SIS/MIS管理系統(tǒng)。但現(xiàn)場設(shè)備級FCS在電廠應用才開始SIS:SupervisoryInformationSystem電廠實時監(jiān)控信息系統(tǒng)MIS:ManagementInformationSystem電廠信息管理系統(tǒng)FCS：Fieldbuscontrolsystem現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FB：Fieldbus現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠應用的重要意義由于傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)是模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量混合系統(tǒng)信號制,而且是單向的,只能從傳統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備中采集到傳統(tǒng)的用于過程控制的信息,而診斷和維護信息卻無法采集,制約了企業(yè)信息化系統(tǒng)SIS/MIIS的發(fā)展,從而影響了企業(yè)過程監(jiān)控、管理信息化的實現(xiàn),使其在電力市場競爭中處于被動地位?，F(xiàn)場總線技術(shù)突破了傳統(tǒng)的/點對點傳輸方式,將豐富的現(xiàn)場狀態(tài)信息、診斷信息等送入機組(車間)級控制系統(tǒng),并實現(xiàn)遠程參數(shù)的調(diào)整和校正等功能,使得現(xiàn)場設(shè)備與電廠控制管理系統(tǒng)之間的數(shù)字通信成為可能,為電廠信息化的建設(shè)和全面績效管理提供了強大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺,使得電廠的數(shù)字化管理可以從現(xiàn)場設(shè)備級開始。隨著火電廠突飛猛進的發(fā)展,采取有效措施大幅降低工程造價已成為火電廠設(shè)計方案優(yōu)化中越來越重要的因素。而對于熱控專業(yè)來說,采用現(xiàn)場總線技術(shù)將控制功能和I/O移到現(xiàn)場設(shè)備,大幅減少電纜和橋架等材料的用量,成為從根本上解決這一問題的關(guān)鍵。火電廠數(shù)字化的深度和廣度直接影響火電廠的信息化水平,從而影響電廠的經(jīng)濟效益。1.現(xiàn)場總線在電廠過程控制中應用較少的原因⑴大趕快上前提下DCS成為首選。2002年下半年開始，電力供應缺口導致大量電廠項目大趕快上，項目業(yè)主及工程設(shè)計人員的主要精力放在如何在最短時間內(nèi)完成項目設(shè)計任務，常規(guī)技術(shù)方案自然成為首選；⑵對現(xiàn)場總線技術(shù)理解有局限工程技術(shù)人員對現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢的理解僅局限于節(jié)省電纜、功能分散、設(shè)備信息數(shù)字化，缺乏應用的積極性；⑶電廠控制對象復雜國內(nèi)沒有應用業(yè)績。電廠過程控制回路相關(guān)度高、控制功能復雜、安全性和穩(wěn)定性要求，要求對現(xiàn)場總線技術(shù)的切實掌握和實踐驗證；⑷現(xiàn)場總線儀控設(shè)備價格高。現(xiàn)場總線儀控設(shè)備比常規(guī)儀控設(shè)備價格高，總線型設(shè)備的選擇范圍還相對較小，一定程度上阻礙了現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠過程控制中的大量應用。2.近些年FCS在國內(nèi)外電廠的應用實例德國尼德豪森電廠（2×950MW）；曼海姆電廠；柏林北部電廠；慕尼黑電廠；禮克林豪森電廠美國Xcel能源集團Comanche電廠(750MW)；Omaha公用事業(yè)Nebraska電廠(740MW)

華能玉環(huán)電廠（4×1000MW）華電鄒縣電廠（2×1000MW）國華寧海電廠（2×1000MW）國華綏中電廠（2×1000MW）華能金陵電廠（2×1030MW）平頂山電廠（2×1000MW）華能九臺電廠（2×600MW）寧夏鴛鴦湖電廠（2×600MW）山西平朔電廠；山西嶂山電廠；內(nèi)蒙古呼和浩特電廠；3現(xiàn)場總線設(shè)備基本情況

(1)現(xiàn)場總線型電動執(zhí)行機構(gòu)SIPOS5Flash、AUMA、ROTORK、EMG。這些品牌的產(chǎn)品基本上以支持PROFIBUS-DP總線標準為主，其中ROTORK還支持FF總線標準。(2)電動機控制裝置西門子公司SIMOCODE智能馬達控制器已有大量成功應用業(yè)績。國內(nèi)的同類產(chǎn)品有東大金智智能電動機控制器(LPC2-530)、丹東華通智能馬達控制和保護裝置（PDM-810MRH-DP）、蘇州萬龍智能電動機控制器（ST502）。(2)電動機控制裝置西門子公司SIMOCODE智能馬達控制器已有大量成功應用業(yè)績。國內(nèi)的同類產(chǎn)品有東大金智智能電動機控制器(LPC2-530)、丹東華通智能馬達控制和保護裝置（PDM-810MRH-DP）、蘇州萬龍智能電動機控制器（ST502）。(3)現(xiàn)場總線型變送器支持FF和PROFIBUS現(xiàn)場總線地變送器主要有：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(4)現(xiàn)場總線型閥門定位器支持FF的現(xiàn)場總線型閥門定位器主要有：美國FISHER-ROSEMOUNT公司生產(chǎn)的FIELDVUEDVC系列智能閥門定位器日本山武公司的SVP3000智能定位器支持FF總線標準。支持PROFIBUS的現(xiàn)場總線型閥門定位器主要有：德國西門子公司的SIPARTPS2閥門定位器（支持PROFIBUS-PA）；總體來看支持PROFIBUS-PA的閥門定位器產(chǎn)品選擇余地相對較小。⑸國內(nèi)智能現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)狀目前,國產(chǎn)引進型智能變送器都支持現(xiàn)場總線技術(shù);溫度測量元件需要加裝溫度變送器;國產(chǎn)電、氣動執(zhí)行機構(gòu)沒有采用現(xiàn)場總線技術(shù)的業(yè)績,需要采用進口電、氣動執(zhí)行機構(gòu)才能滿足要求;用于電機控制和保護的Simocode、E3等也為進口產(chǎn)品。4.國內(nèi)現(xiàn)場總線的選取和應用范圍⑴DCS和現(xiàn)場總線標準的選取對過程控制應用來說，PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標準相比而言，F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制(取代4~20mA模擬量)，而PROFIBUS較適用于離散量控制，但同時也適用于連續(xù)量控制（只是在連續(xù)量控制方面略遜于FF總線）。國內(nèi)機組控制系統(tǒng)原則上采用上述兩種現(xiàn)場總線標準。Profibus現(xiàn)場總線的現(xiàn)場智能設(shè)備本身基本不具備控制功能。國內(nèi)火電廠采用的主流DCS基本上都已提供了各自的現(xiàn)場總線解決方案。西門子的T-3000、艾默生公司的OVATION；FOXBORO的I/A支持FF和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線標準。⑵國內(nèi)現(xiàn)場總線的應用范圍①對影響機組安全運行的系統(tǒng),如燃燒管理系統(tǒng)(BMS)或鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS),主燃料跳閘(MFT)、汽輪數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)、汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)(MEH)、給水泵危急跳閘系統(tǒng)(METS)、事故順序記錄(SOE)和部分調(diào)節(jié)功能系統(tǒng)(MCS)(如風量控制,爐膛壓力控制等)以及控制周期小于500ms的回路,采用傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)(DCS)實現(xiàn)控制功能,相關(guān)的變送器采用帶Hart協(xié)議的變送器,電動、氣動執(zhí)行機構(gòu)采用傳統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備。②對于過熱器/再熱器金屬壁溫度、汽輪機金屬壁溫度、發(fā)電機線圈/鐵心等溫度、送風機/引風機/一次風機的電機線圈/軸承溫度等純數(shù)據(jù)采集溫度測點采用熱電偶或熱電阻進行測量,并通過遠程智能數(shù)據(jù)采集前端進行數(shù)據(jù)采集,再通過與DCS通訊將數(shù)據(jù)送至DCS。對于其他熱力系統(tǒng)中的溫度測點,除用于保護的測點采用傳統(tǒng)溫度測量元件外,均采用支持現(xiàn)場總線技術(shù)的溫度變送器。③與機組安全無關(guān)的系統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)采用支持現(xiàn)場總線的進口智能電動執(zhí)行機構(gòu),氣動執(zhí)行機構(gòu)采用支持現(xiàn)場總線協(xié)議的進口智能定位器。在目前情況下,不考慮采用國產(chǎn)電動/氣動執(zhí)行機構(gòu)。④根據(jù)實際布置情況,氣動閥門的電磁閥可以采用傳統(tǒng)硬接線方式接入DCS,也可采用支持現(xiàn)場總線協(xié)議的進口閥島。⑤所有機械式開關(guān)量儀表均采用傳統(tǒng)硬接線信號接入DCS。⑥對采用現(xiàn)場總線技術(shù)的智能現(xiàn)場設(shè)備,所有控制邏輯按照工藝系統(tǒng)劃分在各DCS的控制器中集中處理,而不是將控制功能分散至現(xiàn)場設(shè)備。⑦電氣的400V電機全部采用現(xiàn)場總線技術(shù);10kV或6kV電機仍采用硬接線方案,但采用冗余ProfibusDP現(xiàn)場總線方式將電流、電壓等模擬量和其他數(shù)字量接入單元機組DCS;其他電氣設(shè)備不采用現(xiàn)場總線技術(shù)。西門子T-3000總線應用OVATION總線應用FFH1端子塊ControlRoomFieldDPCableProfibusDPMasterFiberCableHirschmannOZDHirschmannOZDHirschmannOZDHirschmannOZDFiberCableOVATION總線應用PROFIBUSDP--鍋爐汽水部分--MBV-2MBV-1MBV-3MBV-5MBV-4TerminatorTerminatorMBV-2MBV-1MBV-3MBV-5MBV-4TerminatorTerminatorDPCableDPSegment1DPSegment2控制器#1控制器號#1控制器功能描述協(xié)調(diào)汽溫控制，給水控制工藝系統(tǒng)鍋爐汽水DP總線段數(shù)2DP設(shè)備10臺電動門21

工程造價分析對象類型數(shù)量設(shè)備材料單位價格變化投資變化總額工程量變化(RMB)（RMB)DCS1(套)115400001540000進口電動閥門249(臺)24980001992000進口電動調(diào)節(jié)閥39(臺)398000312000氣動調(diào)節(jié)閥(智能定位器）302(臺)30250001510000各類變送器320（臺）3201500480000控制電纜400(公里)-15011000-1650000計算機電纜350(公里)-5019186-959300橋架350(噸)-1507672-1150800匯總

2073900工程造價分析整個機組控制系統(tǒng)的投資費用較采用常規(guī)DCS增加約200萬，但這一投資增加量占整個工程中熱控設(shè)備材料投資額的比例很小。上述分析并未計及由于電纜、橋架減少以及雙絞線接線節(jié)省的現(xiàn)場安裝施工工程量。(據(jù)有關(guān)典型試驗工程的測算資料表明，可節(jié)約安裝費用30％以上)。考慮到應用現(xiàn)場總線技術(shù)將帶來全廠管控數(shù)字化和全生命周期的設(shè)計、安裝、調(diào)試、運行維護成本節(jié)約等有利因素，如此程度的投資增加應該是可以接受的。課堂練習題⑴說明圖示控制裝置（儀表）的名稱。⑵火電廠控制和管理系統(tǒng)可分為幾級，此圖系統(tǒng)分為幾級？⑶說明每級通信的特點（是單向還是雙向）。⑷Cnet網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑸C.W網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑹X.B網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑺最下面的箭頭符號傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑻具有縱向分級橫向分站特點的控制裝置名稱是什么？⑴說明圖示控制裝置（儀表）的名稱。⑵火電廠控制和管理系統(tǒng)可分為幾級，此圖系統(tǒng)分為幾級？⑶說明每級通信的特點（是單向還是雙向）。⑷Cnet網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑸C.W網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑹X.B網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑺最下面的箭頭符號傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑻Onet網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑴說明圖示控制裝置（儀表）的名稱。⑵此圖通信系統(tǒng)分為幾級？⑶說明每級通信的特點。⑷各通信網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑴說明圖示控制裝置（儀表）的名稱。⑵此圖通信系統(tǒng)分為幾級？⑶說明每級通信的特點⑷各級通信網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑸指明操作員站在圖中的位置⑹指明工程師站在圖中的位置⑺指明通信接口裝置的位置⑻指明變送器、氣動執(zhí)行器、遠程I/O的位置。⑼具有扁平結(jié)構(gòu)特點的控制裝置名稱是什么？⑴說明圖示控制裝置（儀表）的名稱。⑵此圖通信系統(tǒng)分為幾級？⑶說明每級通信的特點⑷各級通信網(wǎng)絡傳遞的是數(shù)字信號還是模擬信號？⑸指明操作員站在圖中的位置⑹指明工程師站在圖中的位置⑺指明通信接口裝置的位置⑻指明變送器、氣動執(zhí)行器的位置。⑼說明此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點？寧夏鴛鴦湖電廠