華能九臺電廠現場總線應用情況匯報-TPRI

現場總線技術在660MW超臨界機組的全范圍應用研究(yánjiū)及工程示范匯報人：顏渝坪西安熱工研究(yánjiū)院有限公司國內首個660MW超臨界塔式鍋爐機組全廠范圍應用(yìngyòng)現場總線技術的工程項目精品資料

內容提要(nèirónɡtíyào)一、現場總線應用背景二、主、輔機概況三、機組主控、輔控系統(tǒng)概況四、現場總線范圍的選取(xuǎnqǔ)原則五、現場總線控制系統(tǒng)設計原則六、現場總線范圍及網段劃分七、現場總線現場設備類型八、現場總線拓撲結構九、工程應用情況十、設備診斷信息十一、經濟性比較十二、現場總線應用體會十三、電廠推廣現場總線技術的探討十四、總結精品資料一、現場(xiànchǎng)總線應用背景(一)(1)信息化促進工業(yè)化，工業(yè)化需要信息化。數字化電廠要以現場的實時數據、信息為基礎才具有實際的效益。(2)現場總線(zǒnɡxiàn)技術的優(yōu)勢：a.工業(yè)信息化要求大量的現場實時數據，需要的I/O信號成倍增長，傳統(tǒng)DCS難以承擔“信息爆炸”的重負。b.現場總線(zǒnɡxiàn)技術不僅能夠提供I/O數據，而且能夠提供設備狀態(tài)、診斷以及歷史統(tǒng)計數據。這些數據通過通信線傳送到控制器、數據庫，不受電纜和距離的限制。c.組態(tài)設備實時狀態(tài)和診斷顯示、報警等，快速發(fā)現設備故障位置、原因，快速維修，節(jié)省人力和提高系統(tǒng)可用性。d.采用設備管理軟件，記錄和積累設備運行狀態(tài)、診斷信息，預測設備故障，提前維護，降低故障發(fā)生率。e.綜合利用實時和歷史數據，開發(fā)有針對性的軟件，能夠實現“狀態(tài)維修”、“性能優(yōu)化”、“壽命評估”等管理功能。精品資料一、現場總線(zǒnɡxiàn)應用背景(二)(3)現場總線(zǒnɡxiàn)控制系統(tǒng)自2006年初在電廠輔控系統(tǒng)成功應用后,在電廠開始推廣。(4)國外新建大型機組多采用現場總線(zǒnɡxiàn)控制系統(tǒng)，如德國尼德毫森電廠二期、美國波特蘭電廠、意大利燈塔聯(lián)合循環(huán)電廠等。(5)西安熱工研究院歷經兩代自動化人的耕耘，致力于研究和應用現場總線(zǒnɡxiàn)技術，在對現場總線(zǒnɡxiàn)標準的理解、總線(zǒnɡxiàn)網絡設計和測試、現場總線(zǒnɡxiàn)設備組態(tài)和配置、與常規(guī)DCS的融合等多方面技術取得進展，還裝備了比較完整的試驗、測試手段。具備了在主控系統(tǒng)應用現場總線(zǒnɡxiàn)技術的條件。精品資料二、主、輔機概況(gàikuàng)1.鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的超臨界參數(cānshù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用角式切圓燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構塔型鍋爐、緊身封閉布置燃煤鍋爐2.汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式、八級回熱抽汽式汽輪機3.發(fā)電機為哈爾濱電機廠生產，冷卻方式：水-氫-氫，靜態(tài)勵磁4.制粉系統(tǒng)采用風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配置8臺磨煤機，6臺運行1臺備用1臺檢修5.機組配置兩臺50%B-MCR容量的汽動給水泵，一臺30%B-MCR容量的啟動用電動定速給水泵6.機組配1套高壓旁路裝置、2套低壓旁路裝置，旁路容量為30％BMCR工況精品資料三、機組(jīzǔ)主輔控系統(tǒng)概況（一）主控系統(tǒng)：數據采集系統(tǒng)（DAS）模擬量控制系統(tǒng)（MCS）旁路控制系統(tǒng)（BPC）順序(shùnxù)控制系統(tǒng)（SCS）鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）汽輪機數字電液控制系統(tǒng)(DEH)給水泵汽輪機數字電液控制系統(tǒng)(MEH)電氣控制系統(tǒng)(ECS)等。

2007年12月底，通過公開招標方式，主控系統(tǒng)選用西門子公司的SPPA－T3000分散控制系統(tǒng)，它融入了PROFIBUS現場總線技術。精品資料輔控系統(tǒng)：均采用基于(jīyú)PROFIBUS現場總線協(xié)議的PLC系統(tǒng)

凝結水精處理控制系統(tǒng)除灰控制系統(tǒng)化學補給水控制系統(tǒng)廢水控制系統(tǒng)輸煤控制系統(tǒng)空壓站控制系統(tǒng)等三、機組(jīzǔ)主輔控系統(tǒng)概況（二）精品資料四、現場(xiànchǎng)總線范圍的選取原則需要統(tǒng)籌兼顧工程風險和技術創(chuàng)新二者的綜合效益對鍋爐、汽機的運行安全有重大影響的系統(tǒng)，采用常規(guī)(chángguī)DCS方式FSSS、DEH、MEH、BPC、ECS采用常規(guī)(chángguī)DCS方式SOE、TSI采用常規(guī)(chángguī)DCS采集方式所有6kV電機采用常規(guī)(chángguī)DCS方式所有IDAS信號均采用常規(guī)(chángguī)方式，通過通信模件進入DCSDAS從現場直接采集的信號盡可能采用FCS的儀表、設備SCS、MCS系統(tǒng)中部分子系統(tǒng)的設備采用FCS保護和重要控制回路的4～20mA變送器的儀表宜選擇具有HART協(xié)議的變送器采用現場總線儀表和設備的診斷、管理軟件，對FCS網絡、設備進行診斷和管理精品資料五、現場總線(zǒnɡxiàn)控制系統(tǒng)設計原則（一）現場總線設備按工藝系統(tǒng)功能區(qū)設計，保持區(qū)域自治的原則，使控制器間的通信量最少，減少(jiǎnshǎo)主控網的通信負荷。為保證每個區(qū)域監(jiān)控功能的實時性及合理的組態(tài)，每對控制器（站）應既可配置常規(guī)I/O，又能配置PROFIBUS現場總線接口。凡涉及保護和重要聯(lián)鎖的4～20mA信號采用具有HART協(xié)議的常規(guī)I/O模件相對集中的主/輔機的溫度測點，采用遠程I/O或智能前端、或帶有PA總線接口的溫度測量智能裝置西安熱工研究院有限公司對現場總線技術在火電廠應用進行了多年研究，在完成示范工程－華能九臺電廠現場總線拓撲結構設計、網段設計及DCS/FCS應用軟件開發(fā)中，發(fā)揮了重要作用。與東北電力設計院協(xié)同總結了系統(tǒng)設計應遵循以下原則：精品資料五、現場總線控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)設計原則（二）在應用軟件開發(fā)期間，充分考慮接入現場總線設備的掃描周期和相應控制器的控制周期的適應性，以保證滿足實時響應時間系統(tǒng)中檢測同一工藝參數的2個或3個測點，分別接入不同的現場總線分支。對于接入PROFIBUS-DP總線的變速(biànsù)控制設備，電動機的控制和保護（開關量控制）及變速(biànsù)控制（模擬量控制）掛接在同一PROFIBUS-DP網段。對于對稱配置（運行/備用）的設備，連接在不同的PROFIBUS-DP網段。對于同一對象的不同參數現場總線儀表，接到現場總線的同一網段精品資料五、現場總線控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)設計原則（三）PROFIBUS-DP總線，無論現場智能設備是否提供冗余總線接口，DCS控制站和PROFIBUS-DP現場總線通信采用冗余方式。現場總線設備的組態(tài)，要充分考慮現場總線通信接口及現場儀表的維修的方便性。即掛接在同一分支的設備故障維修，將不影響掛接在這一分支的其他設備的正常運行?，F場總線網段的設計考慮網段總的負載(fùzài)(風險管理、備用容量、電壓降和電流限制)、電纜型號、總線干線長度、總線支線長度、現場設備數量、總線的拓撲結構形式、中繼器配置、集線器(多路接線盒)數量、規(guī)格及配置等因素。精品資料五、現場總線(zǒnɡxiàn)控制系統(tǒng)設計原則（四）13.每個PROFIBUS-DP總線網段通信速率不宜過高，500kbit/s較適宜，既能夠(nénggòu)滿足絕大多數對象的實時性要求，也具有較好的抗干擾能力每個PROFIBUS-DP總線子網段連接設備數量：不多于15個。每個PROFIBUS-PA總線子網段連接設備數量：不多于18個。每個DP主站與DPY-link、DP/PA-link之間距離超過100m，或主站與DPY-link、DP/PA-link在不同建筑物安裝時，應采用光纜連接。供貨的所有現場總線的通信電纜都是經過Profibus國際組織(PI)授權認證的產品。對于供貨范圍的現場總線的通信電纜要符合相應規(guī)范的技術要求。精品資料六、現場總線范圍(fànwéi)及網段設計（一）主控系統(tǒng)：單元機組19對控制器，公用2對控制器。在9對控制器中設計了23個Profibus-DP子網段、22個Profibus-PA子網段，其中(qízhōng)Profibus-DP連接196個現場總線設備、Profibus-PA連接197個現場總線設備，涵蓋了34個復雜工藝系統(tǒng)，采用了11種類型的現場總線設備，包括壓力、差壓、液位、流量變送器等儀表，控制對象有電機、電動執(zhí)行機構和氣動閥門等,基本包括了過程控制系統(tǒng)和順序控制系統(tǒng)中所有典型設備。輔控系統(tǒng)在3對控制器中設計了44個Profibus-DP子網段、13個Profibus-PA子網段，其中(qízhōng)Profibus-DP連接261個現場總線設備、Profibus-PA連接137個現場總線設備。精品資料六、現場總線(zǒnɡxiàn)范圍及網段設計（二）網段設計(shèjì)如下：控制器工業(yè)系統(tǒng)DP子網段PA子網段DP設備PA設備AP104煙風系統(tǒng)A側、磨煤機F制粉系統(tǒng)12412AP105煙風系統(tǒng)B側、冷煙風機、磨煤機H制粉系統(tǒng)、鍋爐啟動疏水系統(tǒng)12516AP108鍋爐啟動給水、鍋爐啟動疏水、主、再蒸汽系統(tǒng)、鍋爐汽水檢測控制系統(tǒng)、暖風器疏水系統(tǒng)734816AP109暖風器疏水、二次風調節(jié)擋板控制系統(tǒng)13343AP110二次風調節(jié)擋板控制系統(tǒng)、爐前油閥門系統(tǒng)03025AP112閉式水系統(tǒng)、開式水系統(tǒng)、凝結水系統(tǒng)、A小汽機油系統(tǒng)、B小汽機油系統(tǒng)、汽機本體疏水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、鍋爐啟動疏水、

A真空泵系統(tǒng)4217（其中含1個閥島帶4個閥門）16精品資料六、現場總線(zǒnɡxiàn)范圍及網段劃分（三）控制器工業(yè)系統(tǒng)DP子網段PA子網段DP設備PA設備AP113B真空泵系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、

A小汽機本體、

B小汽機本體、汽機本體疏水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)247（其中含5個閥島帶36個閥門、16個液位開關）31AP114輔助蒸汽系統(tǒng)、電泵油系統(tǒng)、A小汽機本體、B小汽機本體、B小汽機本體、C真空泵系統(tǒng)3218（其中含1個閥島帶4個閥門、8個液位開關）23AP117暖風器疏水、軸封系統(tǒng)、汽機本體疏水系統(tǒng)、汽機潤滑油系統(tǒng)、汽機EH油系統(tǒng)、發(fā)電機氫氣系統(tǒng)、發(fā)電機密封油系統(tǒng)、發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)、A小汽機本體、B小汽機本體4119（其中含2個閥島帶16個閥門）15合計342322121（其中含9個閥島帶60個閥門、24個液位開關）197精品資料七、現場總線現場設備(shèbèi)類型（一）所有現場(xiànchǎng)總線設備在確定型號前，都首先由西安熱工研究院與南京西門子公司對其與西門子SPPA-T3000系統(tǒng)的兼容性進行測試，并選擇在控制領域成功運行業(yè)績的產品。1.壓力、差壓、液位、流量變送器。2.氣動閥門定位器：用于控制氣動調節(jié)閥門。3.380VAC電動機控制和保護單元：用于380V電機（包括風機、泵、擋板等）開關量控制，及電氣、就地控制和保護。4.電動閥門驅動單元：安裝于電動閥門上（電動頭），控制電動閥門的全開、全關，或控制電動調節(jié)閥門的開度。精品資料七、現場(xiànchǎng)總線現場(xiànchǎng)設備類型（二）DP現場(xiànchǎng)設備：類型數量AUMA電動執(zhí)行機構32EMG電動執(zhí)行機構15SIPOS_5電動執(zhí)行機構34電機控制和保護單元SIMOCODE20津泊貝爾(國產)電動執(zhí)行機構6AUTOCK(國產)電動執(zhí)行機構5ET200Pro閥島9個閥島共帶60個就地閥門、24個液位開關合計196精品資料七、現場(xiànchǎng)總線現場(xiànchǎng)設備類型（三）PA現場(xiànchǎng)設備：類型數量ABB氣動定位器52SIPART氣動定位器19SITRANS_P_DSIII_PA壓力變送器125SITRANSPROBELU–2（妙聲力液位計）1合計197精品資料八、現場(xiànchǎng)總線拓撲結構（一）根據現場總線的范圍及設計原則，設計了現場總線網絡拓撲畫面。從拓撲畫面可以直觀地看出(kànchū)現場總線網段的劃分、各網段的連接方式及網段中的相關設備。運行人員可以通過拓撲畫面查看設備的運行狀況，也方便熱控人員對現場總線設備的的維護。精品資料八、現場總線拓撲(tuòpū)結構（二）

精品資料八、現場總線(zǒnɡxiàn)拓撲結構（三）

精品資料八、現場總線(zǒnɡxiàn)拓撲結構（四）

精品資料九、工程(gōngchéng)應用情況（一）在現場設備招標之前，西安熱工研究院與南京西門子公司一起，完成了對所需現場總線設備與SPPA-T3000的互操互連測試。在華能九臺電廠精心組織下，東北院、電建公司等各單位密切配合，兩臺機組在調試期間，現場總線設備的調試較順利(shùnlì)，設備的操作及狀態(tài)顯示正常，非輪詢數據通過PDM軟件采集正常，通信速度滿足要求。從現場總線在國內外及九臺電廠的應用情況看，當通信出現中斷或故障時，90%以上是安裝問題，如：PROFIBUS電纜的兩根A、B線接反、短路、對地短路、虛接等等造成連接故障。精品資料九、工程(gōngchéng)應用情況（二）安裝注意事項：1.安裝中要注意通信電纜的接線方式。2.注意屏蔽方式，通信屏蔽不同于常規(guī)DCS，DP電纜在總線柜和設備現場要雙端接地。3.電纜長度要求：500Kbps速度(sùdù)時一個DP子網段總長度不大于400米，一個PA網段(31.25Kbps)總長度(包括干線和支路之和)不大于1200米。4.終端電阻要正確接入，且盡量使用有源終端。5.現場總線電纜和現場設備安裝之后應該經過嚴格測試，電纜線間絕緣電阻、對地絕緣、線間和對地電容以及總線信號的波形測試等應符合總線標準的系統(tǒng)工程設計要求。精品資料十、設備(shèbèi)診斷信息（一）精品資料十、設備診斷(zhěnduàn)信息（二）精品資料十、設備診斷(zhěnduàn)信息（三）精品資料十、設備(shèbèi)診斷信息（四）精品資料十一(Shí－Yī)、經濟性比較（一）華能九臺電廠2×660MW機組主控系統(tǒng)采用現場總線技術，在控制系統(tǒng)硬件及就地現場總線設備上，造價較常規(guī)投資(tóuzī)略有增加：1.在常規(guī)DCS中，就地的設備及儀表到控制器之間的信號電纜不由DCS廠家供貨；而采用現場總線技術，為保證通信的安全穩(wěn)定，現場總線的設備及儀表到控制器之間的通信電纜由DCS廠家成套供貨，這部分的電纜費用在一百萬左右。因此，控制系統(tǒng)本身的造價基本相當。2.在電纜方面，由于采用現場總線技術，節(jié)省了大量的電纜。如果考慮到大量豐富的信息的電纜的節(jié)省，則節(jié)省的費用更多。精品資料十一(Shí－Yī)、經濟性比較（二）3.機柜及電子間投資方面較常規(guī)投資有所下降，另外安裝、調試方面投入的人力成本相對較低，以后的長期運行(yùnxíng)中還會降低維護成本。4.采用帶總線接口的就地設備、就地儀表要比常規(guī)設備、儀表的價格略高，但隨著現場總線技術的推廣應用，帶總線接口的設備、儀表的產量會增大，其價格也會下降。精品資料十一(Shí－Yī)、經濟性比較（三）我們可以看到：采用現場總線之后，整個機組控制系統(tǒng)的投資費用較采用常規(guī)DCS會有增加。但這一投資增加量占整個工程中熱控設備材料投資額的比例很小。此外，上述分析并未計及由于(yóuyú)電纜、橋架的減少以及施工單位節(jié)省的接線工程量?？紤]到應用現場總線技術將帶來全廠管控數字化和全生命周期的設計、安裝、調試、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。精品資料十二(shíèr)、現場總線技術應用體會現場總線技術的應用為今后(jīnhòu)電廠管控一體化，設備管理創(chuàng)造了有利條件，隨著生產設備信息的不斷豐富，使軟件化的狀態(tài)檢修、優(yōu)化管理等成為可能；現場總線技術應用帶來的電纜節(jié)省、安裝和調試費用降低只是部分的優(yōu)勢，更重要在于現場總線設備提供的各種信息為電廠今后(jīnhòu)設備管理、故障診斷、設備檢修提供了必要的基礎；現階段，電廠現場總線應用成功的關鍵點在于領導重視及專業(yè)人員對設備采購環(huán)節(jié)的執(zhí)行力度；現場總線的實施一定要注意網段的設計細節(jié)。精品資料十三、電廠推廣(tuīguǎng)現場總線技術的探討（一）數字化電廠的模型(móxíng)結構：精品資料十三、電廠推廣現場總線(zǒnɡxiàn)技術的探討（二）數字化電廠的關鍵環(huán)節(jié)：實用和高效的SIS功能是數字化電廠的核心：1.現場控制層到管理決策層的橋梁；2.實時的分析、優(yōu)化、調度、狀態(tài)評估、故障診斷等軟件模塊；3.需要現場設備傳送各種類型的數據和信息至SIS現場總線技術是數字化電廠的基礎：1.傳統(tǒng)DCS、PLC無法滿足電廠信息化的要求；2.現場總線是全數字、雙向通信信號制，突破了電纜限制(xiànzhì)；3.現場總線智能設備能夠提供豐富的狀態(tài)、診斷、參數化信息；精品資料十三、電廠推廣現場總線技術(jìshù)的探討（三）何謂現場總線控制系統(tǒng)－FCS：1.采用現場總線技術，實現現場測控設備與控制站