現(xiàn)場總線技術(shù)在大型火電機組主輔控系統(tǒng)中的應用探討

0 前 言

　目前廣泛用于火力發(fā)電廠過程控制的系統(tǒng)是分散控制系統(tǒng)（DCS）和可編程控制器（PLC）。80年代末至今，DCS以其先進的技術(shù)、豐富的控制功能、友好的人機界面等優(yōu)勢，逐步占領(lǐng)了火電廠機、爐、電主控領(lǐng)域，而PLC則由于其邏輯處理功能強、境適應性好、環(huán)系統(tǒng)獨立性強、采購成本較低等特點，成為電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)（水、煤、灰）和機組輔助系統(tǒng)（吹灰、空壓機等）的首選控制系統(tǒng)。

　 80年代末期開始發(fā)展起來的現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品，以及由此組成的控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ield Control System），引發(fā)了自動控制領(lǐng)域的革命。開放的、全數(shù)字化和雙向多站的通訊網(wǎng)絡(luò)，與多功能的智能化現(xiàn)場數(shù)字儀表是FCS的主要特征，它將使自動控制系統(tǒng)的效能產(chǎn)生巨大的飛躍。

1 FCS應用情況介紹

　 全面信息化和多層次的自動化是今后發(fā)電企業(yè)發(fā)展的方向，建立數(shù)字化電廠是必由之路，而現(xiàn)場總線系統(tǒng)是數(shù)字化電廠的基礎(chǔ)。

　 近兩年各大發(fā)電集團都十分關(guān)注電廠熱控自動化新技術(shù)的應用和由此產(chǎn)生的巨大效益。華能玉環(huán)電廠、國華寧海電廠二期、山東鄒縣二期工程、江蘇望亭聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠、江陰夏港電廠、廣東南海石油化工汽電聯(lián)產(chǎn)工程、陜西楊凌熱電廠、山東龍口電廠、廣安電廠、山西平朔電廠、山西漳山電廠等在電廠外圍輔助系統(tǒng)中成功實現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術(shù)的全面應用，并在較短時間內(nèi)完成了安裝、調(diào)試，并很快投入穩(wěn)定可靠運行。大量的工程項目的順利實施，證明現(xiàn)場總線在電廠輔助生產(chǎn)控制系統(tǒng)中應用是完全可行的。

　 根據(jù)墨西哥Mazatlan電廠的報導，首臺應用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的1號單元機組（158 MW）在1997年3月17日投入運行，曾連續(xù)運行12個月無故障、無維護，改善了鍋爐動態(tài)的相應特性，與分散控制系統(tǒng)（DCS）和可編程控制器（PLC）相比投資節(jié)省了45％，安裝調(diào)試時間縮短到3周。由于1號單元機組的改造獲得成功，該廠緊接著進行了2號單元機組（158 MW）的改造，2號單元機組于1998年2月14日投入運行。同1號單元機組一樣，這次改造十分成功，不但投資進一步節(jié)省，達到了50％，而且安裝調(diào)試時間縮短到1周。

　 德國尼德豪森（Niederaussem）電廠較全面地使用了現(xiàn)場總線。該廠采用了PROFIBUS-DP和HART-BUS兩種現(xiàn)場總線。整個系統(tǒng)包括900臺馬達、400個電磁閥、1000個閥門定位器和電動執(zhí)行機構(gòu)，這些智能設(shè)備均通過PROFIBUS-DP與DPU相連。通過采用 PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)真正實現(xiàn)了全廠監(jiān)控，提供更加完善有效的設(shè)備診斷功能，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的遠程編程和維護，實現(xiàn)了全廠數(shù)據(jù)的集中管理，使設(shè)備的狀態(tài)檢修成為可能，提供更多的設(shè)備信息使操作和維護得到優(yōu)化。

　墨西哥Mazatlan電廠、德國尼德豪森電廠K機組PROFIBUS現(xiàn)場總線和近期上海賽科工程FF現(xiàn)場總線的全面成功應用，大大激發(fā)了國內(nèi)各發(fā)電集團公司和設(shè)計院應用現(xiàn)場總線的積極性華能國際為了在國內(nèi)電站發(fā)電新技術(shù)的應用上處于領(lǐng)先地位，著眼于領(lǐng)導先進技術(shù)潮流、合理控制工程造價、全面提升電廠自動化水平，在南京金陵電廠2×1000 MW機組、九臺電廠2×600MW機組的設(shè)計中已經(jīng)把現(xiàn)場總線技術(shù)全面應用于機組控制中。

　 中國神華能源股份公司希望將神華勝利電廠一期工程（2×660MW機組）做為試點單位，在主輔機控制系統(tǒng)中全面選用現(xiàn)場總線技術(shù)，總線其控制規(guī)模遠大于國內(nèi)外其他應用現(xiàn)場總線技術(shù)的電廠。

2 神華勝利電廠應用FCS介紹

　 神華勝利電廠位于內(nèi)蒙錫林浩特。規(guī)劃容量為8臺600MW機組，一期工程建設(shè)2×600 MW機組。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的先進性可以大量節(jié)省投資和提高機組運行維護水平，神華集團決定在神華勝利電廠主輔控系統(tǒng)中全面選用現(xiàn)場總線系統(tǒng)，其中總線選用范圍和規(guī)模為當前國內(nèi)最大規(guī)模的工程應用。

　　　2.1 現(xiàn)場總線在神華勝利電廠的應用原則

　 （1）影響機組安全運行的主機和主要輔機的保護不納入現(xiàn)場總線，如:

　 鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）；

　 汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）；

　 汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)（ETS）；

　 旁路控制系統(tǒng)（BPS）；

　 事故順序記錄（SOE）。

?。?）用于聯(lián)鎖保護的開關(guān)型氣動閥門、電磁閥，不納入現(xiàn)場總線。

?。?）國產(chǎn)電動門因現(xiàn)場總線接口不完善，且缺乏相應的測試和應用實踐，不納入現(xiàn)場總線。

?。?）開關(guān)量儀表，如壓力開關(guān)、液位開關(guān)、溫度開關(guān)等不納入現(xiàn)場總線。

?。?）對于調(diào)節(jié)型氣動執(zhí)行機構(gòu)，用于非重要調(diào)節(jié)回路的，納入現(xiàn)場總線，下列重要回路，采用常規(guī)硬接線＋HART:給水、汽溫、送、引風、磨煤機。

　 （6）對于調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機構(gòu)，用于非重要調(diào)節(jié)回路的，納入現(xiàn)場總線，用于重要回路（給水、汽溫、送、引風）的，采用硬接線＋現(xiàn)場總線。

　（7）對于開關(guān)型閥門電動裝置，用于非重要系統(tǒng)的，納入現(xiàn)場總線；用于重要系統(tǒng)的，通過現(xiàn)場總線完成正?？刂乒δ埽ɑ騼H采集信息）保護、聯(lián)鎖功能通過DCS硬接線完成。