第0章现场总线仪表前言

1、现场总线仪表前言现场总线仪表前言国防工业出版社国防工业出版社2005年出版年出版火电厂控制和管理系统可分为火电厂控制和管理系统可分为3级级: （1）厂）厂(管理管理)级级SIS /MIS （2）机组）机组(车间车间)级级DCS（3）现场设备级）现场设备级FCS。机组机组(车间车间)级已经实现了级已经实现了全数字化全数字化, 厂厂(管理管理)级也级也有了飞速发展并不断有了飞速发展并不断完善完善, 普遍建立了普遍建立了SIS /MIS管理系统。但现场管理系统。但现场设备级设备级FCS在电厂应用在电厂应用才开始才开始SIS :Supervisory Information System 电厂实时监控

2、信息系统电厂实时监控信息系统MIS :Management Information System电厂信息管理系统电厂信息管理系统FCS： Field bus control system现场总线控制系统现场总线控制系统FB：Field bus现场总线现场总线 现场总线技术在电厂应用的重要意义现场总线技术在电厂应用的重要意义 由于传统的由于传统的DCS 系统是模拟量、开关量、数字量混系统是模拟量、开关量、数字量混合系统信号制合系统信号制, 而且是单向的而且是单向的, 只能从传统的现场设备只能从传统的现场设备中采集到传统的用于过程控制的信息中采集到传统的用于过程控制的信息, 而诊断和维护而诊断和维

3、护信息却无法采集信息却无法采集, 制约了企业信息化系统制约了企业信息化系统SIS/MIIS的的发展发展, 从而影响了企业过程监控、管理信息化的实现从而影响了企业过程监控、管理信息化的实现,使其在电力市场竞争中处于被动地位。使其在电力市场竞争中处于被动地位。 现场总线技术突破了传统的现场总线技术突破了传统的/点对点传输方式点对点传输方式, 将丰富将丰富的现场状态信息、诊断信息等送入机组的现场状态信息、诊断信息等送入机组(车间车间)级控制级控制系统系统, 并实现远程参数的调整和校正等功能并实现远程参数的调整和校正等功能, 使得现场使得现场设备与电厂控制管理系统之间的数字通信成为可能设备与电厂控制管

4、理系统之间的数字通信成为可能, 为电厂信息化的建设和全面绩效管理提供了强大的数为电厂信息化的建设和全面绩效管理提供了强大的数据基础平台据基础平台, 使得电厂的数字化管理可以从现场设备使得电厂的数字化管理可以从现场设备级开始。级开始。 随着火电厂突飞猛进的发展随着火电厂突飞猛进的发展, 采取有效措施大幅降采取有效措施大幅降低工程造价已成为火电厂设计方案优化中越来越低工程造价已成为火电厂设计方案优化中越来越重要的因素。重要的因素。 而对于热控专业来说而对于热控专业来说, 采用现场总线技术将控制功采用现场总线技术将控制功能和能和I/O 移到现场设备移到现场设备, 大幅减少电缆和桥架等材大幅减少电缆和

5、桥架等材料的用量料的用量, 成为从根本上解决这一问题的关键。成为从根本上解决这一问题的关键。 火电厂数字化的火电厂数字化的 深度和广度直接深度和广度直接 影响火电厂的信影响火电厂的信 息化水平息化水平, 从而从而 影响电厂的经济影响电厂的经济 效益。效益。1.现场总线在电厂过程控制中应用现场总线在电厂过程控制中应用较少的原因较少的原因 大赶快上前提下大赶快上前提下DCS成为首选。成为首选。 2002年下半年开始，电力供应缺口导致大量电厂年下半年开始，电力供应缺口导致大量电厂项目大赶快上，项目业主及工程设计人员的主要项目大赶快上，项目业主及工程设计人员的主要精力放在如何在最短时间内完成项目设计任

6、务，精力放在如何在最短时间内完成项目设计任务，常规技术方案自然成为首选；常规技术方案自然成为首选； 对现场总线技术理解有局限对现场总线技术理解有局限 工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限工程技术人员对现场总线技术优势的理解仅局限于节省电缆、功能分散、设备信息数字化，缺乏于节省电缆、功能分散、设备信息数字化，缺乏应用的积极性；应用的积极性； 电厂控制对象复杂国内没有应用业绩。电厂控制对象复杂国内没有应用业绩。 电厂过程控制回路相关度高、控制功能复电厂过程控制回路相关度高、控制功能复杂、安全性和稳定性要求，要求对现场总杂、安全性和稳定性要求，要求对现场总线技术的切实掌握和实践验证；线技术的切

7、实掌握和实践验证； 现场总线仪控设备价格高。现场总线仪控设备价格高。 现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高现场总线仪控设备比常规仪控设备价格高，总线型设备的选择范围还相对较小，一，总线型设备的选择范围还相对较小，一定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程定程度上阻碍了现场总线技术在电厂过程控制中的大量应用。控制中的大量应用。 2.2.近些年近些年FCSFCS在国内外电厂的应用实例在国内外电厂的应用实例 德国尼德豪森电厂（德国尼德豪森电厂（2 2950MW950MW）；曼海姆电厂；柏林北部电厂）；曼海姆电厂；柏林北部电厂；慕尼黑电厂；礼克林豪森电厂；慕尼黑电厂；礼克林豪森电厂 美国美国XcelXce

8、l能源集团能源集团Comanche Comanche 电厂电厂 ( 750MW ) ( 750MW ) ；OmahaOmaha公用事公用事业业Nebraska Nebraska 电厂电厂( 740MW )( 740MW ) 华能玉环电厂（华能玉环电厂（4 41000MW1000MW） 华电邹县电厂（华电邹县电厂（2 21000MW1000MW） 国华宁海电厂（国华宁海电厂（2 21000MW1000MW） 国华绥中电厂（国华绥中电厂（2 21000MW1000MW） 华能金陵电厂（华能金陵电厂（2 21030MW1030MW） 平顶山电厂（平顶山电厂（2 2 1000MW1000MW） 华能九

9、台电厂（华能九台电厂（2 2600MW600MW） 宁夏鸳鸯湖电厂（宁夏鸳鸯湖电厂（2 2600MW600MW） 山西平朔电厂；山西嶂山电厂；内蒙古呼和浩特电厂；山西平朔电厂；山西嶂山电厂；内蒙古呼和浩特电厂； 3 现场总线设备基本情况现场总线设备基本情况 (1) 现场总线型电动执行机构现场总线型电动执行机构 SIPOS 5 Flash、AUMA、ROTORK、EMG。 这些品牌的产品基本上以支持这些品牌的产品基本上以支持PROFIBUS-DP总总线标准为主，其中线标准为主，其中ROTORK还支持还支持FF总线标准。总线标准。 (2) 电动机控制装置电动机控制装置 西门子公司西门子公司SIMO

10、CODE智能马达控制器已有大量智能马达控制器已有大量成功应用业绩。成功应用业绩。 国内的同类产品有东大金智智能电动机控制器国内的同类产品有东大金智智能电动机控制器(LPC2-530)、丹东华通智能马达控制和保护装置、丹东华通智能马达控制和保护装置（PDM-810MRH-DP）、苏州万龙智能电动机控）、苏州万龙智能电动机控制器（制器（ST502）。）。 (2) 电动机控制装置电动机控制装置 西门子公司西门子公司SIMOCODE智能马达控制器已有智能马达控制器已有大量成功应用业绩。国内的同类产品有东大金大量成功应用业绩。国内的同类产品有东大金智智能电动机控制器智智能电动机控制器(LPC2-530)

11、、丹东华通、丹东华通智能马达控制和保护装置（智能马达控制和保护装置（PDM-810MRH-DP）、苏州万龙智能电动机控制器（）、苏州万龙智能电动机控制器（ST502）。）。 (3) 现场总线型变送器现场总线型变送器 支持支持FF和和PROFIBUS现场总线地变送器主现场总线地变送器主要有：要有： Rosemount公司的公司的3051系列；系列； Siemens公司的公司的SITRANS P系列；系列； Yokogawa公司的公司的EJA； ABB公司的公司的2600T系列；系列； Honeywell公司的公司的ST3000系列等等系列等等 (4) 现场总线型阀门定位器现场总线型阀门定位器 支

12、持支持FF的现场总线型阀门定位器主要有：的现场总线型阀门定位器主要有： 美国美国FISHER-ROSEMOUNT公司生产的公司生产的 FIELDVUE DVC系列智能阀门定位器系列智能阀门定位器 日本山武公司的日本山武公司的SVP3000智能定位器支持智能定位器支持FF总线总线标准。标准。 支持支持PROFIBUS的现场总线型阀门定位器主要有的现场总线型阀门定位器主要有： 德国西门子公司的德国西门子公司的SIPART PS2阀门定位器（支持阀门定位器（支持PROFIBUS-PA）；）； 总体来看支持总体来看支持PROFIBUS-PA的阀门定位器产品选的阀门定位器产品选择余地相对较小。择余地相对

13、较小。 国内智能现场设备的现状国内智能现场设备的现状 目前目前, 国产引进型智能变送器都支持现场总国产引进型智能变送器都支持现场总线技术线技术; 温度测量元件需要加装温度变送器温度测量元件需要加装温度变送器; 国产电、气动执行机构没有采用现场总线技国产电、气动执行机构没有采用现场总线技术的业绩术的业绩, 需要采用进口电、气动执行机构需要采用进口电、气动执行机构才能满足要求才能满足要求; 用于电机控制和保护的用于电机控制和保护的 Simocode、E3等也等也为进口产品。为进口产品。4. 国内现场总线的选取和应用范围国内现场总线的选取和应用范围 DCS和现场总线标准的选取和现场总线标准的选取 对

14、过程控制应用来说，对过程控制应用来说，PROFIBUS和和FF总线比较适合。总线比较适合。两种总线标准相比而言，两种总线标准相比而言，FF较适用于连续量控制较适用于连续量控制(取代取代420mA模拟量模拟量)，而，而PROFIBUS较适用于离散量控制，较适用于离散量控制，但同时也适用于连续量控制（只是在连续量控制方面略逊但同时也适用于连续量控制（只是在连续量控制方面略逊于于FF总线）。总线）。 国内机组控制系统原则上采用上述两种现场总线标准国内机组控制系统原则上采用上述两种现场总线标准 。 Profibus现场总线的现场智能设备本身基本不具备控制功现场总线的现场智能设备本身基本不具备控制功能。

15、能。 国内火电厂采用的主流国内火电厂采用的主流DCS基本上都已提供了各自的现场基本上都已提供了各自的现场总线解决方案。总线解决方案。 西门子的西门子的T-3000、艾默生公司的、艾默生公司的OVATION；FOXBORO的的I/A支持支持FF和和PROFIBUS-DP现场总线标准。现场总线标准。 国内现场总线的应用范围国内现场总线的应用范围 对影响机组安全运行的系统对影响机组安全运行的系统, 如燃烧管理系如燃烧管理系统统( BMS)或锅炉炉膛安全监控系统或锅炉炉膛安全监控系统(FSSS) , 主燃料跳闸主燃料跳闸( MFT )、汽轮数字电液控制系统、汽轮数字电液控制系统( DEH )、汽轮机紧

16、急跳闸系统、汽轮机紧急跳闸系统( ETS )、给水泵、给水泵调节系统调节系统(MEH )、给水泵危急跳闸系统、给水泵危急跳闸系统(METS)、事故顺序记录、事故顺序记录( SOE )和部分调节功和部分调节功能系统能系统(MCS ) (如风量控制如风量控制, 炉膛压力控制等炉膛压力控制等)以及控制周期小于以及控制周期小于500ms的回路的回路, 采用传统分采用传统分散控制系统散控制系统( DCS)实现控制功能实现控制功能,相关的变送相关的变送器采用带器采用带Hart协议的变送器协议的变送器, 电动、气动执行电动、气动执行机构采用传统现场设备。机构采用传统现场设备。 对于过热器对于过热器/再热器金

17、属壁温度、汽轮机再热器金属壁温度、汽轮机金属壁温度、发电机线圈金属壁温度、发电机线圈/铁心等温度、送铁心等温度、送风机风机/引风机引风机/一次风机的电机线圈一次风机的电机线圈/轴承温度轴承温度等纯数据采集温度测点采用热电偶或热电阻等纯数据采集温度测点采用热电偶或热电阻进行测量进行测量, 并通过远程智能数据采集前端进并通过远程智能数据采集前端进行数据采集行数据采集, 再通过与再通过与DCS通讯将数据送至通讯将数据送至DCS。对于其他热力系统中的温度测点。对于其他热力系统中的温度测点, 除除用于保护的测点采用传统温度测量元件外用于保护的测点采用传统温度测量元件外, 均采用支持现场总线技术的温度变送

18、器。均采用支持现场总线技术的温度变送器。 与机组安全无关的系统的电动执行机构与机组安全无关的系统的电动执行机构采用支持现场总线的进口智能电动执行机采用支持现场总线的进口智能电动执行机构构, 气动执行机构采用支持现场总线协议的气动执行机构采用支持现场总线协议的进口智能定位器。在目前情况下进口智能定位器。在目前情况下, 不考虑采不考虑采用国产电动用国产电动/气动执行机构。气动执行机构。 根据实际布置情况根据实际布置情况, 气动阀门的电磁阀可气动阀门的电磁阀可以采用传统硬接线方式接入以采用传统硬接线方式接入DCS, 也可采用也可采用支持现场总线协议的进口阀岛。支持现场总线协议的进口阀岛。 所有机械式

19、开关量仪表均采用传统硬接线所有机械式开关量仪表均采用传统硬接线信号接入信号接入DCS。 对采用现场总线技术的智能现场设备对采用现场总线技术的智能现场设备, 所所有控制逻辑按照工艺系统划分在各有控制逻辑按照工艺系统划分在各DCS 的的控制器中集中处理控制器中集中处理, 而不是将控制功能分散而不是将控制功能分散至现场设备。至现场设备。 电气的电气的400V 电机全部采用现场总线技术电机全部采用现场总线技术;10 kV 或或6 kV 电机仍采用硬接线方案电机仍采用硬接线方案, 但采但采用冗余用冗余Profibus DP现场总线方式将电流、现场总线方式将电流、电压等模拟量和其他数字量接入单元机组电压等

20、模拟量和其他数字量接入单元机组DCS; 其他电气设备不采用现场总线技术。其他电气设备不采用现场总线技术。西门子T-3000总线应用OVATION 总线应用FF H1端子块端子块21Control RoomFieldDP CableProfibus DP MasterFiber CableHirschmann OZDHirschmann OZDHirschmann OZDHirschmann OZDFiber Cable- 锅炉汽水部分锅炉汽水部分 -MBV-2MBV-1MBV-3MBV-5MBV-4TerminatorTerminatorMBV-2MBV-1MBV-3MBV-5MBV-4Ter

21、minatorTerminatorDP CableDP Segment 1DP Segment 2控制器控制器 #1控制器号#1控制器功能描述协调汽温控制，给水控制工艺系统锅炉汽水DP总线段数2DP设备10台电动门 工程造价分析工程造价分析 对象类型对象类型数量数量设备材料设备材料单位价格变化单位价格变化投资变化总额投资变化总额工程量变化工程量变化(RMB)(RMB)（RMB)RMB)DCSDCS1(1(套套) )1 11540000154000015400001540000进口电动阀门进口电动阀门249(249(台台) )2492498000800019920001992000进口电动调节阀

22、进口电动调节阀39(39(台台) )393980008000312000312000气动调节阀气动调节阀( (智能智能定位器）定位器）302(302(台台) )3023025000500015100001510000各类变送器各类变送器320320（台）（台）32032015001500480000480000控制电缆控制电缆400(400(公里公里) )-150-1501100011000-1650000-1650000计算机电缆计算机电缆350(350(公里公里) ) -50-501918619186-959300-959300桥架桥架350(350(吨吨) )-150-150767276

23、72-1150800-1150800汇总汇总20739002073900工程造价分析工程造价分析 整个机组控制系统的投资费用较采用常规整个机组控制系统的投资费用较采用常规DCS增增加约加约200万，但这一投资增加量占整个工程中热万，但这一投资增加量占整个工程中热控设备材料投资额的比例很小。控设备材料投资额的比例很小。 上述分析并未计及由于电缆、桥架减少以及双绞上述分析并未计及由于电缆、桥架减少以及双绞线接线节省的现场安装施工工程量。线接线节省的现场安装施工工程量。(据有关典型据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30以上以上)。 考虑到应用现场总

24、线技术将带来全厂管控数字化考虑到应用现场总线技术将带来全厂管控数字化和全生命周期的设计、安装、调试、运行维护成和全生命周期的设计、安装、调试、运行维护成本节约等有利因素，如此程度的投资增加应该是本节约等有利因素，如此程度的投资增加应该是可以接受的。可以接受的。课堂练习题课堂练习题说明图示控制装置说明图示控制装置（仪表）的名称。（仪表）的名称。火电厂控制和管理系统火电厂控制和管理系统可分为几级，此图系统分可分为几级，此图系统分为几级？为几级？说明每级通信的特点说明每级通信的特点（是单向还是双向）。（是单向还是双向）。Cnet网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？C.

25、W网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？X.B网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？最下面的箭头符号传递最下面的箭头符号传递的是数字信号还是模拟的是数字信号还是模拟信号？信号？具有纵向分级横向分站具有纵向分级横向分站特点的控制装置名称是什么？特点的控制装置名称是什么？说明图示控制装置说明图示控制装置（仪表）的名称。（仪表）的名称。火电厂控制和管理系统火电厂控制和管理系统可分为几级，此图系统分可分为几级，此图系统分为几级？为几级？说明每级通信的特点说明每级通信的特点（是单向还是双向）。（是单向还是双向）。Cnet网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？C.W网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？X.B网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？最下面的箭头符号传递最下面的箭头符号传递的是数字信号还是模拟的是数字信号还是模拟信号？信号？Onet网络传递的是数字网络传递的是数字信号还是模拟信号？信号还是模拟信号？说明图示控制装置（仪表）的名称。说明图示控制装置（仪表）的名称。此图通信系统分为几级？此图通信系统分为几级？说明每级通信的特点。说明每级通信的特点。各通信网络