李铭
（大唐郓城发电有限公司，山东菏泽郓城，274700）
摘要：本文简述了1000MW新建机组关于总线系统主要设计原则、总线系统网段划分原则及现场安装注意事项，提供新建机组总线常规配置建议，为提高机组自动化水平，降低设备故障率，实现智慧化电厂奠定数据基础。
关键词：总线、设计原则、网段划分、安装注意事项
0.引言
现场总线是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。90年代末，现场总线控制系统就已经在国外的电厂中得到应用除了完成一般的数据采集功能之外，还实现了燃烧控制、给水控制、过热汽温控制、再热汽温控制、除氧器控制以及电机的启停控制、联锁保护和报警等功能。自2019年开始，智慧化建设已经成为新型火电机组的方向，其目的是为了实现电厂的现代化运营和管理，而电厂的现代化运营和管理需要以大量的数据信息为基础，传统的仪控系统采用模拟量、开关量、数字信号混合系统，这种单向一对一的信号机制无法满足智慧化电厂的需求。现场总线技术和现场总线控制系统借助全数字化开放的、双向、多站的通讯网络以及智能化的现场数字仪表等主要特征，成为实现现场设备数字化的关键，也是实现智慧化电厂的基础。
1.主要设计原则
除参与主要保护、SOE及重要调节回路的仪表和控制设备采用常规硬接线方式外，其余控制均采用现场总线技术。现场总线应用范围的主要设计原则如下：
FSS（燃料安全系统）、DEH/ETS（汽轮机数字电液控制系统/汽轮机紧急跳闸系统）、MEH（给水泵汽轮机电液控制系统）、METS（给水泵汽轮机紧急跳闸系统）、旁路控制等重要保护和调节系统对机组安全运行至关重要且回路处理速度要求高，采用常规控制方式，但现场仪表尽量采用带HART协议的智能仪表设备；
机组SOE（事件顺序记录系统）要求有1ms的分辨率，目前设计中接入SOE的多为主、辅机的跳闸接点信号和电气开关量，主、辅机跳闸首出原因由控制器逻辑判断。为保证SOE的分辨率，SOE相关信号仍采用常规硬接线方式。
开关型/调节型电动执行机构用于非重要系统的，采用具有现场总线接口的设备，用于与机组保护相关重要系统的，采用硬接线接口的设备；气动调节阀执行机构采用带现场总线接口的智能定位器。由于主厂房内电磁阀控制的二位式疏水阀等气动阀门布置较为分散，不宜采用带总线接口的阀岛进行控制，故主厂房内二位式气动阀门采用常规I/O方式接入DCS。
温度信号仍沿用常规的热电阻和热电偶，以硬接线方式接入DCS；锅炉壁温及发电机本体温度通过就地现场总线型智能前端以现场总线通讯方式接入DCS。
出于机组安全考虑，所有高压电动机及主厂房内重要电源开关的分/合指令信号、状态反馈信号还是通过硬接线方式进入DCS。对于低压电动机，用于非重要系统的智能马达控制器采用现场总线接口，用于与机组保护相关的重要系统的智能马达控制器采用硬接线方式。
其它仪表及控制设备均采用现场总线技术。
2.总线网段设计原则
现场总线控制系统的设计应根据工艺流程的控制特点，合理设计总线网段和每个网段挂接的现场设备，确保任何一条总线故障时，只产生工艺系统的局部故障，不会造成整个工艺系统停运，并将这一影响限制在最小范围内。
本工程总线网段主要设计原则如下：
FF H1现场总线网段设计采用树型加分支的组合拓朴结构，Profibus DP现场总线采用冗余配置的总线型拓扑结构；
控制逻辑相关（同一控制回路中）的仪表和控制对象原则上设计在同一总线网段上；
以下仪表设备应设计在不同的总线网段上：冗余设置的总线仪表；工艺上并列运行或者冗余配置的设备，其相关驱动装置和现场仪表；控制阀门和其旁路阀门（如有）；
对于Profibus DP总线，每个网段的总线电缆总长度应尽量控制在400米以内且尽量避免设计分支线，以保证500Kbps的总线传输速率；每对主站下挂接的DP就地从站设备数量不应超过12台，每个网段上挂接的总线设备数量不超过该标准规定最大数量的60%；所有DP总线网段中不宜装设中继器；
对于FF H1总线，每个网段的总线电缆总长度（干线长度加支线长度之和）不应超过1200米；单根支线电缆的长度应尽量短，支线电缆的长度不宜超过30米；当应用于控制目的时，每个FF总线网段挂接的现场总线设备数量应不超过12台；当用于非控制目的时，每个网段挂接的现场总线设备数量不得超过该标准规定最大数量的50%（16台）。
3.安装注意事项
3.1现场总线系统总体注意事项：
现场总线网段的设计应考虑网段总的电流负载、电缆型号、总线干线长度、总线支线长度、电压降和现场设备数量、总线的拓扑结构形式等。总线网段上可挂的设备最大数量受到设备之间的通信量、电源的容量、总线可分配的地址、每段电缆的阻抗等因素影响。
为提高总线工作效率，在设计和组态时应尽量减少设备在总线上的通信量。即在控制回路中应尽量减少该回路之外的参数引入到该回路的现场总线设备中，因为跨功能块、跨网段的引用数据会增加通信量。而低速的总线传输速率（31.25kb/s）在周期性信息传输量较大时会导致循环周期增大，使回路的相应处理时间随之增大。
现场总线使用的经验表明现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装。以FF总线为例，其主要注意点为：
现场总线网段对绝缘要求很高，为了防止总线回路受潮，规定用增安型（EEx e）接线箱，电缆穿入接线箱时使用防爆电缆密封接头。采用FF总线时，采用总线专用端子块与各总线设备连接。每个总线专业端子块具有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的正常工作，短路保护器将限制每个支路的短路电流不超过60mA。
现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻、对地绝缘、线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应符合总线标准的系统工程设计要求。
现场总线设备接入控制系统不应通过转换器实现。现场总线设备均采用总线认证的智能产品，直接通过总线电缆接至控制网络。
3.2电缆屏蔽层的连接注意事项：
在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧（Marshalling）的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，这样可以起到防止静电感应和低频（50Hz）干扰的作用。
如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏线不应在接线箱内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。
整个电缆桥架要保证接地情况良好。
4.结语
虽然采用现场总线技术会造成工程初期投资的增加，但是FCS实现了现场设备层与控制应用层的智能互联，从根本上改变了传统的设备维护管理方式，为全厂管控信息化和数字化提供了基础，是建设智能化电厂的前提。随着今后总线管理系统及管理功能的进一步开发利用，从机组设计、安装、调试到运行维护全生命周期来看，现场总线技术的经济性优势非常明显。
参考文献
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