2023火電廠現(xiàn)場總線在運煤自動化系統(tǒng)應用

現(xiàn)場總線在火電廠運煤自動化系統(tǒng)中的應用調研報告2023PAGEPAGE11現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線是自動化系統(tǒng)中一種把大量現(xiàn)場級設備和操作級設備相連的工業(yè)由現(xiàn)場總線和現(xiàn)場智能設備組成的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）I/O流/電壓信號)；而現(xiàn)場總線是安裝在生產過程區(qū)域中的現(xiàn)場設備/制裝置/是采用數(shù)字式通信方式取代設備級的模擬量/有現(xiàn)場設備。80IECIEC61158Ed.420PROFIDBUSDeviceNetCANopenModbusControlNetFoundationFieldbusIEC61158總線技術具有以下特點：現(xiàn)場控制設備具有通信功能，便于構成工廠底層控制網絡；通信標準的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設備間具有互可操作性；功能塊與結構的規(guī)范化使相同功能的設備間具有互換性；控制功能可下放到現(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結構具備高度的分散性。和管理人員，對整個工藝過程的監(jiān)控和管理都是智能化、數(shù)字化和透明化的。近年來，我國電力行業(yè)快速發(fā)展，特別是隨著設計、制造、安裝等技術的1000MWI/OI/O的監(jiān)控測點通過控制電纜以硬接線的方式納入控制系統(tǒng)，該方式是傳統(tǒng)的點對I/O2輸煤系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術的優(yōu)勢分析提升系統(tǒng)智能化水平，提升運維效率IOHMIIOIO提高系統(tǒng)控制精度DCS/PLCIOIODCS/PLC（2上總線控制方案，IO18004000相應的控制指令，及時處理現(xiàn)場問題，提高了系統(tǒng)的整體控制精度。和穩(wěn)定性都優(yōu)于模擬量儀表和混合式儀表，消除了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)中A/DD/ARTD4-20mA信號傳輸給輸煤控制系統(tǒng)，精度大幅提高。節(jié)省大量控制電纜IO個主要特征就是膠帶機距離長，輸煤工藝設備十分分散。若采用常規(guī)PLC/DCS600MWIO1/103輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場總線方案和技術特點輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場總線方案縱觀近幾年國內輸煤總線控制系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀，總體有以下兩種總線方案：不完全的現(xiàn)場總線技術方案和完全的現(xiàn)場總線技術方案。MODICONABSIEMENSPLCDCSDPU（冷PLCCPUIOIOIO380VIOIOIOCPU域的相關連鎖控制，系統(tǒng)可靠性相應有所提高。CPUDPU，將原來由主CPUIOCPUIOIO本次規(guī)范修編針對國內兩種不同技術路線的輸煤現(xiàn)場總線技術廠家進行了IO案和以西安博恒為代表的電力線式現(xiàn)場總線技術方案。分布式IO現(xiàn)場總線技術方案IOPLCDCSPLC設備間，在輸煤控制室設置冗余的操作員站實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的控制。脫離主站DPU獨立運行該區(qū)域內的設備。IOI/OI/OI/OI/O380VPC段上通過馬保供電和控制的設備（380V），I/O6/10kV（6/10kV），I/O接口控制。IOIOIO220VIO現(xiàn)場一般一起敷設。I/O/電廠的需要而采用不同的標準的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議，如：Profibus-DPProfibus-DP速率、通訊距離和抗干擾性上具有一定的優(yōu)勢，一般新建電廠項目采用Profibus-DP考慮兼容原有輸煤程控系統(tǒng)所支持的協(xié)議。3.1IO3.2IO柜總線型馬達保護控制器的總線通訊網絡圖。PAGEPAGE1圖3.1基于分布式IO現(xiàn)場總線技術方案的輸煤控制系統(tǒng)網絡總圖圖3.1某轉運站區(qū)域網絡控制器與分布式IO裝置總線網絡連接圖PAGEPAGE1電力線式現(xiàn)場總線技術方案PLCDCSPLC設備間，在輸煤控制室設置冗余的操作員站實現(xiàn)對輸煤系統(tǒng)的控制。DPUIO模塊用于與膠帶機開關柜及附近設備如軟啟動器、料位計、倒斷帶裝置等進6kVRTDPLC控制，則直接在控制箱旁設置通訊協(xié)議轉換單元與PLC常規(guī)IOIOIO模塊同樣通過電力總線通訊協(xié)議接入膠帶機區(qū)域主控裝置；對于各輸煤膠帶DPU。與分布式IOIO交流電源供電，也同時用于總線通訊，電力線式通訊實質是載波通訊，故IOProfitbus-DPDP圖3.3為某新建電廠工程基于電力線式現(xiàn)場總線技術方案的輸煤控制系統(tǒng)3.4開關柜的區(qū)域總線通訊網絡圖。PAGEPAGE1圖3.3電力線式現(xiàn)場總線輸煤控制系統(tǒng)總體網絡圖圖3.4某轉運站主控單元與各分控裝置電力總線網絡連接圖PAGEPAGE14輸煤現(xiàn)場總線技術的應用案例調研情況分布式IO現(xiàn)場總線技術在部分電廠中的應用2x1050MW201510kV、380VIOPLCCPU+3CPUPLCIO與附件的就地設備信號進行硬接線接口采集，各控制器之間采用DP纖控制網絡均為雙網結構。380VPC，PCMCC380VProfibus-DPDP10kV4AB6AB8AB0ABPLCI/ODP運行效果：電廠輸煤程控系統(tǒng)自投運以來安全、穩(wěn)定運行。201310kV380VIODCSDPUABBSymphonyPlusIODPU3總線技術的基本控制理念是針對輸煤控制系統(tǒng)的每一個被控對象設置一臺分布IODPIO）以一定的原則分組，每組內的總線設備之間，以就近接入為原則，以冗余的PROFIDBUS-DP冗余總線相互連接，而后接入布置于轉運站的輸煤遠程站區(qū)域主10kVA、B380VPCA、B10kV380VPC10kV380VPC10kV、380VPC皮帶制動器等同時存在就地配IOIOIO實現(xiàn)對總線型皮帶保護裝置的總線供電功能。運行效果：電廠輸煤程控系統(tǒng)自投運以來安全、穩(wěn)定運行。2×350MW年開工，2017NT6000FCSFCSFCSNT6000DPUIO采用了雙冗余通訊網絡結構。該工程各類設備接入輸煤程控系統(tǒng)的方式具體如下：380VPCMCCProfibus-DP達保護控制器和框架斷路器測控裝置，以雙網的形式通訊接入轉運站區(qū)域控制6kV6kVIOIOFCSIOIO運行效果：電廠輸煤程控系統(tǒng)自投運以來安全、穩(wěn)定運行。電力線式現(xiàn)場總線技術在部分電廠中的應用2x600MW，中南電力設計院設計，2014開工，201610kV380VPCMCC線總體采用單環(huán)網結構。10kVI/OAI10kV柜（10kV）BH-FTBUS380VPCCT/PTBH-FTBUS至輸煤程控主站。其余均采用集現(xiàn)場總線設備和工藝配電于一體的智能化總線電控箱。FOXBRODCSDPU輯采用西安博恒的FPU控制器實現(xiàn)，上位操作、歷史數(shù)據(jù)記錄等功能則仍由FOXBRODCS（1DPU）實現(xiàn)。該項目布置于現(xiàn)場的主控裝置與布置于輸煤程控室FPU處理器之間的通訊采用工業(yè)以太網，單環(huán)網結構。FPUDCSDPU點對點連接。FPU（1）DCSDPU（1）在輸煤綜合樓電子間內并排緊靠布置。RJ45不良而導致DCS控制系統(tǒng)總體運行穩(wěn)定。DCSFOXBRODCSDPU等快速變化DCSDCS在DCS畫面?zhèn)蕊@示未連接或連接錯誤，以致現(xiàn)場發(fā)生問題后故障診斷記錄不完善。后續(xù)該項目進行了改造，增加了一套西安博恒的FPU控制器，獨立于DCS系統(tǒng)進行故障診斷和歷史記錄，F(xiàn)PUDCS2x1000MW，由國核電力設計院設計，2016年開工，2018年投產。該項目的輸煤控制系統(tǒng)整體采用了電力線式現(xiàn)場總線通訊方案。DCS，DCSDPU，DPU工業(yè)以太網單環(huán)網結構。ProfibusDCSIO通訊超時信號外，整個控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，正常。京能秦皇島熱電機組項目，裝機容量為2x300MW，設計，2017，2019式現(xiàn)場總線通訊方案。該項目全廠DCS系統(tǒng)為和利時控制系統(tǒng)，但由于DCS的掃描周期較慢FPUFPUDCSDPUFPUFPUWeb間的通訊采用工業(yè)以太網雙環(huán)網結構連接。PC力線現(xiàn)場總線接入?yún)^(qū)域主控裝置。該系統(tǒng)區(qū)別于其它項目的最大特點在于：整個系統(tǒng)全部采用分布式設計理FPUFPUPLCDCS，F(xiàn)PU萬點的控制信息量考慮，系統(tǒng)的掃描周期可以達到20ms，是目前常規(guī)PLC/DCSWebFPU錄中監(jiān)視記錄。該項目作為京能集團的科技計劃項目，目前已通過集團組織的現(xiàn)場驗收階段。5輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場總線應用范圍FCSDCS/PLC際工程經驗和調研，提出如下觀點和建議。不建議輸煤采用現(xiàn)場總線技術的應用范圍這些移動式設備更適合采用局部或整體無線傳輸方案來傳輸信號；在6kV/10kVIO統(tǒng)，總線通訊往往只作為補充信息的采集手段，因此，輸煤系統(tǒng)中的6kV/10kV電動機開關柜也不建議直接采用總線通訊的方式。建議輸煤采用現(xiàn)場總線技術的應用范圍5.1“業(yè)主的需求確定。在這些范圍內應用現(xiàn)場總線技術應具備以下幾個基本特征：1）所采用的現(xiàn)場總線技術及通訊協(xié)議，應滿足輸煤控制系統(tǒng)實時性和可靠性的要求；DPUPLCDCS/PLC通過采用現(xiàn)場總線技術，充分利用現(xiàn)場設備通信功能所提供的智能化信值；IO根據(jù)以上原則，針對燃煤火電機組輸煤系統(tǒng)應用總線的方式推薦如下：序號應用設備是否采用總線備注1皮帶輸送機整體采用現(xiàn)場總線皮帶機的現(xiàn)場控制和測溫適宜在就地設備總線IO訊方式接入輸煤控制系統(tǒng)。2其他工藝設備整體采用現(xiàn)場總線布置在皮帶沿線和轉運站內的其他工藝設備例IO煤程控系統(tǒng)。3皮帶保護傳感器整體采用現(xiàn)場總線沿線傳感器適宜采用現(xiàn)場總線接入輸煤控制系IO式進行通訊接入。4低壓配電間內設備根據(jù)情況確定輸煤系統(tǒng)低壓配電柜內信號比較集中，灰塵較與輸煤程控系統(tǒng)進行總線通訊。6輸煤現(xiàn)場總線技術項目實施建議制系統(tǒng)的品質：PLCDCSPLCDPU證主站的可靠性。用雙冗余網絡或環(huán)形網絡的拓撲結構形式，保證系統(tǒng)任一一處單一接點網絡故障，不會造成系統(tǒng)整體癱瘓。模塊冗余、總線線纜冗余、總線設備接口冗余的原則。PROFITBUS-DPDPDPDP通信模塊的兩個擴展分支接口。（1號轉運站膠帶機A