FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)課件

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在華能金陵電廠二期（2X1000MW）機(jī)組控制中的應(yīng)用研究FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)1.現(xiàn)場(chǎng)總線在電廠過(guò)程控制中應(yīng)用較少的原因2002年下半年開(kāi)始，電力供應(yīng)缺口導(dǎo)致大量電廠項(xiàng)目大趕快上，項(xiàng)目業(yè)主及工程設(shè)計(jì)人員的主要精力放在如何在最短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)，常規(guī)技術(shù)方案自然成為首選；工程技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(yīng)用的積極性；FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠過(guò)程控制中應(yīng)用較少的原因電廠過(guò)程控制回路相關(guān)度高、控制功能復(fù)雜、安全性和穩(wěn)定性要求，要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的切實(shí)掌握和實(shí)踐驗(yàn)證；現(xiàn)場(chǎng)總線儀控設(shè)備比常規(guī)儀控設(shè)備價(jià)格高，總線型設(shè)備的選擇范圍還相對(duì)較小，一定程度上阻礙了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠過(guò)程控制中的大量應(yīng)用。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)近期狀況有所改變德國(guó)尼德豪森電廠二期、國(guó)華寧海電廠二期、山西平朔電廠、山西嶂山電廠等項(xiàng)目也正在探討、考慮現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的實(shí)施方案。各大發(fā)電集團(tuán)都十分關(guān)注電廠熱控自動(dòng)化新技術(shù)的應(yīng)用和由此產(chǎn)生的巨大效益。華能國(guó)際確定了華能金陵電廠二期、九臺(tái)電廠工程在機(jī)組控制中全面試點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)2.現(xiàn)場(chǎng)總線的選取及應(yīng)用層面

對(duì)過(guò)程控制應(yīng)用來(lái)說(shuō)，PROFIBUS和FF總線比較適合。兩種總線標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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）。本工程機(jī)組控制系統(tǒng)原則上采用上述兩種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)2.1現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用層面

火電廠機(jī)組控制功能從簡(jiǎn)單到復(fù)雜分布很廣，有單回路、串級(jí)調(diào)節(jié)回路，也有多輸入多輸出的交叉耦合控制系統(tǒng)，還有可靠性要求很高的快速保護(hù)聯(lián)鎖邏輯。FF現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備具有一定的控制和運(yùn)算功能，能夠完成較單純的單回路或串級(jí)調(diào)節(jié)任務(wù)，但是對(duì)于存在多回路耦合的復(fù)雜控制，需要在不同網(wǎng)段間傳輸數(shù)據(jù)，就可能影響控制的實(shí)時(shí)性。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用層面Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備本身基本不具備控制功能。通過(guò)與SIEMENS、EMERSON、FOXBORO三家公司的技術(shù)交流，華能金陵電廠二期工程最終確定在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層全面采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，調(diào)節(jié)回路控制策略和設(shè)備控制邏輯仍按照工藝系統(tǒng)劃分在不同DCS控制器中集中處理，基本不減少DCS控制器的配置。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用層面國(guó)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(chǎng)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(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)?；痣姀S現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用將更側(cè)重于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化及由此數(shù)字化而帶來(lái)的種種益處，而不在于純粹意義上的FCS應(yīng)用。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)4.3現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備基本情況

(1)現(xiàn)場(chǎng)總線型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(biāo)準(zhǔn)為主，其中ROTORK還支持FF總線標(biāo)準(zhǔn)。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)(2)電動(dòng)機(jī)控制裝置西門子公司SIMOCODE智能馬達(dá)控制器已有大量成功應(yīng)用業(yè)績(jī)。國(guó)內(nèi)的同類產(chǎn)品有東大金智智能電動(dòng)機(jī)控制器(LPC2-530)、丹東華通智能馬達(dá)控制和保護(hù)裝置（PDM-810MRH-DP）、蘇州萬(wàn)龍智能電動(dòng)機(jī)控制器（ST502）。從測(cè)試的分析結(jié)果來(lái)看，國(guó)產(chǎn)的智能電動(dòng)機(jī)控制器多為單路PROFIBUS-DP設(shè)備，均不支持DPV1，不能通過(guò)PDM實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理功能。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)電動(dòng)機(jī)控制裝置廠用電動(dòng)機(jī)75KW以上具有PROFIBUS通訊接口的配電裝置，除了西門子公司具有完整的產(chǎn)品系列（塑殼斷路器3VF/3VL、框架斷路器3WN6、3WN1）外，其它廠家還沒(méi)有同類型產(chǎn)品，這在一定程度上制約了工程的應(yīng)用。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)(3)現(xiàn)場(chǎng)總線型變送器支持FF和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)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FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)(4)現(xiàn)場(chǎng)總線型閥門定位器美國(guó)FISHER-ROSEMOUNT公司生產(chǎn)的FIELDVUEDVC系列智能閥門定位器支持FF現(xiàn)場(chǎng)總線，德國(guó)西門子公司的SIPARTPS2閥門定位器支持FF和PROFIBUS-PA；日本山武公司的SVP3000智能定位器支持FF總線標(biāo)準(zhǔn)。總體來(lái)看支持PROFIBUS-PA的閥門定位器產(chǎn)品選擇余地相對(duì)較小。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)5工程實(shí)施方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析5.1方案設(shè)想及應(yīng)用技術(shù)分析5.1.1可靠性和可用性

為了提高系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FF和PROFIBUS)已經(jīng)采用了多項(xiàng)措施，常用的主要有分散和冗余二項(xiàng)。通過(guò)診斷可以提高系統(tǒng)的可用性。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)5.1.2實(shí)時(shí)性(PROFIBUS)PROFIBUS-DP總線的傳輸速率可達(dá)12Mbit/s。計(jì)算PROFIBUS-DP總線的響應(yīng)時(shí)間可以按下面的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：tCycle_DP=(317×(nSlaves)+11×(nBytes))×TbittCycle_PA-channel=(317×(nSlaves)+8×(nBytes))×Tbit整個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間：tCycle=tCycle_PA-channel+tCycle_DP+tAcylicFCS應(yīng)用案例二(華能金陵)實(shí)時(shí)性(PROFIBUS)一個(gè)典型的通過(guò)PA總線連接的智能儀表的響應(yīng)時(shí)間為10ms。一個(gè)典型的通過(guò)PA總線連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間為15ms。一個(gè)PROFIBUS-DP從站的響應(yīng)時(shí)間<0.3ms。PROFIBUS總線系統(tǒng)中一條DP分支的查詢循環(huán)周期是2ms，一條PA分支的查詢循環(huán)周期是80ms。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)實(shí)時(shí)性(FF)一個(gè)網(wǎng)段上加載應(yīng)用描述執(zhí)行周期共6臺(tái)表5臺(tái)3051S壓力變送器1臺(tái)DVC6000f4個(gè)監(jiān)視1個(gè)PID105ms共8臺(tái)表6臺(tái)3051S壓力變送器2臺(tái)DVC6000f4個(gè)監(jiān)視2個(gè)PID135ms共10臺(tái)表8臺(tái)3051S壓力變送器2臺(tái)DVC6000f6個(gè)監(jiān)視2個(gè)PID135ms共11臺(tái)表8臺(tái)3051S壓力變送器3DVC6000f5個(gè)監(jiān)視3個(gè)PID135ms共12臺(tái)表8臺(tái)3051S壓力變送器4DVC6000f4個(gè)監(jiān)視4個(gè)PID165msFCS應(yīng)用案例二(華能金陵)實(shí)時(shí)性方面的結(jié)論鑒于目前PROFIBUS-PA及FF總線宏周期一般在100m至1s之間，這還是無(wú)法滿足電廠機(jī)組控制中的快速處理回路的時(shí)間(50ms左右)要求。因此，系統(tǒng)中為安全或快速響應(yīng)而設(shè)置的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，我們還是考慮采用常規(guī)DCS的I/O模件來(lái)處理。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)5.1.3故障影響性各工藝子系統(tǒng)將根據(jù)工藝相關(guān)性和現(xiàn)場(chǎng)布置位置進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分段設(shè)計(jì)。每個(gè)網(wǎng)段上掛接的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)量以不超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大數(shù)量的40%～50%為宜；冗余設(shè)置的現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)接入不同網(wǎng)段；工藝上并列運(yùn)行或冗余配置的設(shè)備，其相關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)連接在不同的網(wǎng)段上；控制邏輯相關(guān)的儀表測(cè)點(diǎn)和控制對(duì)象原則上掛接在同一總線段上。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)5.1.4系統(tǒng)配置方案整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)按照工藝過(guò)程劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)均采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。鑒于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)、汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)、給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH）和給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要，回路處理速度要求高，本工程上述系統(tǒng)還是采用成熟的常規(guī)控制方式。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)系統(tǒng)配置方案爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)、給水調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)喘振保護(hù)、高壓給水加熱器三通切換閥等重要及快速回路也采用常規(guī)控制方式。出于機(jī)組安全考慮，所有機(jī)組電動(dòng)機(jī)及主廠房?jī)?nèi)重要電源開(kāi)關(guān)的分/合指令信號(hào)、狀態(tài)反饋信號(hào)還是通過(guò)硬接線方式進(jìn)入DCS，其它信號(hào)通過(guò)通訊接口連入機(jī)組DCS。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)系統(tǒng)配置方案380VMCC回路，75KW以下的廠用電動(dòng)機(jī)采用具有PROFIBUS-DP接口的智能馬達(dá)控制器。鍋爐吹灰程控、循泵房、燃油泵房控制原則上采用常規(guī)遠(yuǎn)程I/O站。為保證SOE的分辨率，建議仍采用常規(guī)DI卡或?qū)Ｓ肧OE卡。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)系統(tǒng)配置方案變送器總體上均采用現(xiàn)場(chǎng)總線型智能變送器接入DCS。其中，F(xiàn)SSS、DEH、ETS、MEH、METS相關(guān)的變送器采用具有HART通訊協(xié)議的常規(guī)智能型進(jìn)口產(chǎn)品，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均考慮采用具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的設(shè)備，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用帶現(xiàn)場(chǎng)總線接口的智能定位器，而FSSS、DEH、ETS、MEH、METS相關(guān)的閥門電動(dòng)/氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用具有HART通訊協(xié)議的常規(guī)智能型進(jìn)口產(chǎn)品。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)系統(tǒng)配置方案電磁閥控制的二位式氣動(dòng)閥門布置較為分散，如采用帶總線接口的閥島進(jìn)行控制不太合適，故本工程還是采用常規(guī)I/O方式接入DCS。溫度檢測(cè)信號(hào)原則上還是采用常規(guī)方式接入控制系統(tǒng)。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)系統(tǒng)配置方案為充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備具有的故障自診斷和網(wǎng)絡(luò)化管理能力，DCS應(yīng)配套設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備診斷和管理軟件。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)西門子T-3000總線應(yīng)用FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)OVATION總線應(yīng)用FFH1FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)ControlRoomFieldDPCableProfibusDPMasterFiberCableHirschmannOZDHirschmannOZDHirschmannOZDHirschmannOZDFiberCableOVATION總線應(yīng)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(hào)#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(tái)電動(dòng)門28FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)5.2工程造價(jià)分析

對(duì)象類型數(shù)量設(shè)備材料單位價(jià)格變化投資變化總額工程量變化(RMB)（RMB)DCS1(套)1進(jìn)口電動(dòng)閥門249(臺(tái))2498000進(jìn)口電動(dòng)調(diào)節(jié)閥39(臺(tái))398000312000氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥(智能定位器）302(臺(tái))3025000各類變送器320（臺(tái)）3201500480000控制電纜400(公里)-15011000-1650000計(jì)算機(jī)電纜350(公里)-5019186-959300橋架350(噸)-1507672-1150800匯總

FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)工程造價(jià)分析整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)的投資費(fèi)用較采用常規(guī)DCS增加約200萬(wàn)，但這一投資增加量占整個(gè)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(jì)及由于電纜、橋架減少以及雙絞線接線節(jié)省的現(xiàn)場(chǎng)安裝施工工程量。(據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料表明，可節(jié)約安裝費(fèi)用30％以上)。FCS應(yīng)用案例二(華能金陵)工程造價(jià)分析考慮到應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將帶來(lái)全廠管控?cái)?shù)字化和全生命周期的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)成本節(jié)約等有利因素，如此程度的投資增加應(yīng)該