现场总线在660MW超临界间接空冷机组上的应用.pdf

内 蒙 古 电 力 技 术 I N N E R MO N G O L I A E L E C T R I C P O WE R 2 0 1 5 年第3 3 卷第4 期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 8 - 6 2 1 8 2 0 1 5 0 4 0 1 6 现场总线在6 6 0 MW超 临界 间接 空冷机组上的应用 张怀文 ， 张晓慧， 丁建学 。 张慧峰 ( 北方联合电力有限责任公司和林发电厂， 呼和浩特0 1 1 5 0 0 ) 摘要： 北方联合电力有限责任公司和林发电厂2 x 6 6 0 M W超临界间接空冷机组在蒙西电 网发 电厂 中首次大规模应用了现场总线技术。与传统的 D C S 控制技术相 比， 分析认为现场总 线具有电缆使用量少， 信号采集精度高， 仪表和设备的可操作性、 透明化及设备信息综合化程 度高， 设备检修、 诊断、 总线组态方便等优点， 并且运行安全、 可靠， 使用现场总线时控制系统 总投资减 少了4 3 ， 经济性 良好 。 关键词 ： 6 6 0MW超 临界 间接 空冷机组； 现场总线 ； D C S ； 组态； P r o f i b u s ； 控制 系统 文献标志码 ： B 中图分类号 ： T K 3 1 文章编号 ： 1 o 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 l 5 ) o 4 0 0 6 4 0 4 Ap p l i c a t i o n o f F i e l d Bu s i n 6 6 0 MW S u p e r c r i t i c a l I n d i r e c t Ai r Co o l i n g Un i t ZHANG Hu a i w e n ，Z HAN G Xi a o h u i ，DI NG J i a n x u e ，Z HANG Hu i f e n g ( He l i n P o w e r P l a n t ，H o h h o t 0 1 1 5 0 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t ： La r g e s c a l e a p p l i c a t i o n o f fie l d b us s t r u c t ur e wa s i mpl e me nt e d o n 266 0 MW s up e r c r i t i c a l i n di r e c t a i r c o o l i n g un i t s i n No r t h Un i t e d P o we r Co ， L t d He l i n Po we r Pl a n t i n we s t I n n e r Mo ng o l i a Po we r Gr i d f o r t h e fir s t t i me Co mpa r e d wi t h t he t r a d i t i o n a l DCS c o n t r o l t e c h n o l o g y ， fi e l d b u s p o s s e s s e d c a b l e u s i n g l e s s ， h i g h p r e c i s i o n o f s i g n a l a c q ui s i t i o n ， hi g h d e g r e e o f i n s t ru me n t o r e q ui pme n t o pe r a t i o n ， hi g h d e g r e e o f t r a n s pa r e nc y a n d e q u i p me n t i n f o r ma t i o n i n t e g r a t e d ， a n d c o n v e n i e n t o f e q u i p me n t ma i n t e n a n c e a n d b u s d i a g n o s i s An d t h e u s e o f t h e fi e l d ma d e t h e o p e r a t i o n s a f e a n d r e l i a b l e ，a n d ma d e t h e e c o n o mi c a l e ffic i e n c y we l l wi t h t o t a l i n v e s t me n t o f 4 3 r e d u c t i o n K e y wo r d s ： 6 6 0 MW s u p e r e r i t i e a l i n d i r e c t a i r c o o l i n g u n i t ；fi e l d b u s ；DC S ；d i a g n o s i s ； P r o f i b u s ；e o n t r o l s y s t e m 0 引言 近年来 ， 随着控制技术 、 计算机技术 以及 通信 技术的飞速发展 ， 数字化控制 已从工业生产过程 中 的决策层 、 管理层 、 监视层 和控 制层一直渗透 到了 现场设备层级， 传统的模拟量信号传输方式正逐渐 被现场总线 ( fi e l d b u s ) 代替 。随着火电机组对 自动 化 、 智能化 、 数字化 、 集 约化水平 的要求越来越高 ， 现场总线 的应用 范围将 越来越广 。与传 统的 D C S 技术相比， 现场总线在经济性 、 可靠性 、 设备互操作 性等方 面具有明显优势 。北方联合 电力有 限责任 公司和林发 电厂( 以下简称和林发 电厂 ) 2 x 6 6 0 MW 超 临界 间接空冷机组在蒙西地 区首次大规模 应用 了现场总线技术 ， 使用范围涵盖近 2 0 个工艺系统 ， 共涉及现场设备约 2 7 0 0台， 现场总线技术 的应用大 大提高了电厂的数字化 、 智能化水平。 【 收稿 日期1 2 0 1 5 0 6 2 3 【 作者简介1张怀文( 1 9 7 1 ) ， 男， 内蒙占人， 硕上， 高级 J 程师， 从事火力发电厂技术管理： I 作。 2 0 1 5 年第 3 3 卷第4 期 张怀文， 等 ： 现场总线在6 6 0 MW超临界间接空冷机组上的应用 6 5 1 现场总线介绍 1 1 现场总线含义 现场总线是指工业自动化系统中， 实现智能化 现场设备 ( 如 变送器 、 液位计 、 执行器 等) 与高层设 备 ( 如主机 、 人机接 口设备 ) 之 间互连 的全数 字 、 串 行 、 双向的通 信系统 。国际 电工委员会 的定 义为 ： 现场总线是连接智 能现场设 备和 自动化系统 的数 字式、 双向传输、 多分支结构的通信网络 。 现场总线是在 2 O 世纪 8 0 年代 中期发展起 来的 1 项综合技术， 以数字通信 、 计算机网络、 自动控制 为主要 内容 1 。现场总线控制系统 ( F C S ) 是基于分 布式控制 系统 ( D C S ) 和可编程控制系统( P L C ) 发展 起来 的新一代控制系统。 1 2 现场总线设备的类型 现场总线最先 在美 国、 欧洲开始应用 ， 许 多国 外生产 商都研 发 了 自己的总线类型 ， 形 成 了 C I P 、 P r o fi b u s 、 P N E T 、 Wo r d F I P、 I n t e r b U S ， 以及 F F H1 等 许多不 同标准n 1 。基于现场总线使用 的稳定性 、 可 扩展 性 ， 目前 国 内电厂 主要 采 用 了 P r o f i b u s 和 F F H1 2 种现场总线类型 。现场总线设备是指连 接在 现场总线上 的各种仪表 、 设备 ， 这些设备都需经过 现场 总线 国际组织 授权部 门认证 ， 主要包 括变送 器、 电动执行机构、 气动定位器、 液位计、 分析仪表、 变频器、 吹灰器 、 电气系统等。 和林 发 电厂 主 、 辅 网系统的 电动执行机构 、 变 频器采用 P r o f i b u s D P V1 标准 ， 变送器 、 液位计采用 P r o f i b u s P A标 准。P r o f i b u s D P V I 版本 中 ， 不仅能 够在人机界面上对设备进行操作 ， 而且能够实现对 设备的智能开发。 2 现场总线使用原则及应用范围 现场总线传输信号全部是数 字量 ， 网络结构简 单 、 独立 ， 已在新建 电厂 中被 大量使用 。和林发 电 厂从工艺系统特点、 主设备安全性、 控制系统配置、 经济运行等方面综合考虑 ， 确定了统一的现场总线 应用 区域划分原则 ， 大规模应用 了现场总线技术 。 2 1 应 用 区域划 分主 要 原则 ( 1 )用于数据采集的变送器 ， 用 于单 回路调节 系统 的压力 、 差压 、 液位等智能变送器 ， 采用现场总 线接人 D C S 。 ( 2 )用于非重要调节 回路 的调节型电动 、 气动 执行机构 ， 采用现场总线 。 ( 3 )开关型阀门电动装置采用现场总线。 2 2 使用范围 应用现场总线 的主要设备有 压力 、 差压 、 流量 变送器 ， 电动执行 机构 ， 气动定位器 ， 液位计 ， 分析 仪表及吹灰器等， 主要分布在以下系统。 2 2 1 主机 部 分 锅炉 吹灰器 系统 ； 锅炉二 次风 系统 ； 锅炉疏放 气系统 电动 门； 高 、 低压加热器 系统 ； 除氧器系统 ； 闭式水系统 ； 间接空冷系统 ； 辅机问冷塔系统 ； 低压 厂用 电系统 。 2 2 2 辅助车间 锅炉补 给水系统 ； 生活污水 、 工业废水系统 ； 汽 水取样系统 ； 凝结水精处理系统。 3 现场总线使用效果 3 1 电缆使用量大幅减少 在传统的D C S 控制中， 都是通过屏蔽电缆一对 一 连接 现场设 备 ， 因此每个信号都 需要 1 对 电缆 。 而采用现场 总线后 ， 仅需 1 根总线 电缆接到就地总 线通信箱 ， 再通过总线接线箱与就地设备进行连接 即可 1 。 和林 发电厂 中以下设备采用了现场总线 ： 每个 间接空冷塔上的百叶窗执行机构共 9 6 台 ； 机力通风 塔百叶窗的执行机构共 2 0台 ， 人 口电动门 、 出 口电 动门共 3 8 台 ； 每台锅炉吹灰器共 1 0 0 台。经初步估 算 ， 这些系统共可节约 4 3 k m左右 的电缆 ( 见表 1 ) ， 大大降低 了电缆及 电缆桥架附属设备 的投资成本 。 表 1 D C S 与F C S 使用电缆数量比较 注 ： 1 )总线电缆的分支 电缆 布置在就地设备附近 ， 因使 用量很 小 ， 忽略不计 。 3 2 信号采集精度提高 现场总线采用数字传输技术 ， 实现 了高精度 的 信息处理 ， 提高了控制品质 ， 机组能够更加快速 、 准 确地响应 电网调度要求 ； 同时为数字化电厂的建设 搭建了平台， 有效提高了电厂综合 自动化水平 - s -。 3 3 仪表和设备的可操作性及透明化程度更高 现场设备整定和维护信息可通过数字化的现 场总线网络送人控制系统 ， 从而使 现场仪表和设备 2 O l 5 年第 3 3 卷第4 期 张怀文， 等 ： 现场总线在6 6 0 MW超临界间接空冷机组上的位用 6 7 件 ， 与 S I S的通信采用双 向通信方式 ， 且 内置专用防 火墙， 保证对控制网的零干扰。 4 - 3 经济性 与传统 D C S比较 ， F C S 不仅减少 了I O模件及机 柜 、 MC C配 电柜的数量 ， 而且减少 了电缆 、 桥架及安 装材料的使用量， 进而减少了材料安装及电缆敷设 的工作量 ， 减少了设备维护工作量 。通过现场调研 华能 陕西秦岭发 电有 限公 司以及 山西省 电力设计 院， 初步测算和林发电厂F C S P r o fi b u s 与传统 D C S 的经济性 比较如图 3 所示 。 1 0 0 5 O O 】 0 0 同 、 硬伺 费 费 费 D C S ( 4 2 0 m A) F C S P r o fi b u s 图中： 图 硬件 口 组装 口 工程 图 3 F C S P r o fi b u s 与传统 D C S 的经济性 比较 从 图3 可 以看 出， 使用现场总线结构后 ， 控制系 统总投资减少了4 3 ， 其中， 硬件费用降低2 8 ， 安 装费用降低 5 ， 工程费用 降低 1 0 ， 可见采用现场 总线的经济性相当可观 。 5 结束语 基于现场总线技术 的众多优势 ， 在工业领域将 得到越来越广泛的应用 ， 逐步取代传统 D C S 控制 。 经过严格论证 ， 和林发 电厂在蒙西 电网发 电厂 中首 次大范围应用现场总线技术。现场总线的成功投 运 ， 为 建立节 能环保 型数字 化 电厂奠定 了 良好基 础 ， 为现场总线技术在发电厂 的推广应用提供了宝 贵经验 参考文献 ： f 1 刘义学 神华胜利电厂现场总线控制系统选型分析及应 用规划 D 1 保定： 华北电力大学， 2 0 0 9 ： 3 - 5 2 】李建华 浅论现场总线与以太网技术f J 】 _ 化工建设工程 ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 6 ) ： 5 8 5 9 【 3 刘宇 火电厂输煤控制系统方案分析与比较 J 1 陕西电力 ， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 1 2 ) ： 1 0 3 1 0 6 4 刘禾 ， 白焰 ， 李新利 热工 自动控制技术及应用【 M 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 9 ： 2 - 3 【 5 甘永梅， 李庆丰， 刘晓娟 ， 等 现场总线技术及应用 M 北 京 ： 机械工业出版社 ， 2 0 0 8 ： 6 2 6 7 6 】阳宪惠 现场总线技术及其应用 M1 2版 北京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 8 ： 8 - 1 0 【 7 国家能源局 防止 电力生产重大事故 的二十五项重点 要求 M 】 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 1 ： 9 8 1 0 5 8 白焰 ， 李新利， 董玲 ， 等 现场总线控制系统及其应用 】 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 1 1 ： 2 2 0 2 3 0 9 】刘宏 ， 张千驷， 张宗富， 等 电气与热工控S M 北京： 中国 电力出版社， 2 0 0 2 ： 1 4 0 1 4 1 1 0 】何俊松 现场总线技术在某发电有限公司输煤程控系统 的应用l J 1 江苏电机工程 ， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 4 ) ： 6 8 7 1 【 1 1 】肖胜 ， 王春利 现场总线技术在机组控制系统中的应用 J 1 热力发 电， 2 0 1 1 ， 4 0 ( 2 ) ： 6 9 7 1 【 1 2 温彤 ， 施伟锋 ， 张威， 等 基于现场总线的微型电网监视 装置设计 J 1 _陕西电力 ， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 1 0 ) ： 5 2 5 6 【 l 3 】陈世慧 现场总线技术在火电厂的应用分析 内蒙古电 力技术 ， 2 0 1 1 ， 2 9 ( 4 ) ： 1 - 4 【 1 4 张国斌 ， 侯云浩 ， 黄振江 国产现场总线技术在呼和浩特 发电厂的应用 J J 内蒙古电力技术 ， 2 0 1 0 ， 2 8 ( s 2 ) ： 7 9 8 1 【 l 5 王永庆， 张宏 ， 李洋 ， 等 基于现场总线的T S I 和 T D M一 体化设计 J J 陕西电力， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 6 ) ： 5 2 5 6 1 6 崔逸群 ， 景效国 现场总线控制系统在 1 0 0 0 MW机组辅 控车间的应用 J J 热力发电， 2 0 1 I ， 4 0