九台工程现场总线设计-主厂房-介绍

电力 现场总线

华能九台电厂一期工程

现场总线设计介绍

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

诚信为基 合作共赢

华能九台电厂

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

诚信为基 合作共赢

各位专家

早上好

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

诚信为基 合作共赢

介绍内容第一部分 第二部分 第三部分 概况 主厂房现场总线设计 存在的问题及建议

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

1 概况

诚信为基 合作共赢

1.1 工程概况 华能九台电厂位于吉林省九台市，由华能吉林发电有限公司投资建设， 建设规模为4×660MW,一期工程建设2×660MW超临界燃煤发电机组。 华能九台电厂一期工程1,2号机组已于2009年10月和11月并网发电。 1.2 热工自动化设计特点概述 1.2.1 全厂采用“四机一控”的集中控制室，布置在汽机主厂房固定端综 合办公大楼内。在集中控制室内实现机组及辅助系统监视、控制。 1.2.2 DCS机柜采用物理分散设计理念，在锅炉、汽机区域内分别设置锅 炉电子设备间、汽机电子设备间。 1.2.3全厂DCS 系统采用现场总线技术，对现场智能仪表、智能执行器、 电动门、AC 380V电动机进行监控。DCS要求实现与现场总线Profibus DP/PA的无缝结合。 1.2.4辅助车间的辅助控制系统采用辅控网集中监控，控制系统采用PLC 配置现场总线技术以及电磁阀岛设计方案。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

1 概况

诚信为基 合作共赢

1.3 全厂自动化水平 1.3.1华能九台电厂一期工程是国内第一个运用数字化电厂建设模式，全 厂采用分层分级的数字网络结构的电厂。全厂网络由厂级管理信息系统 (MIS)、厂级监控信息系统(SIS)、机组DCS、辅助控制系统现场总 线设备构成。为了实现数字化电厂管理，主厂房炉、机、电及其部分辅 助系统将采用现场总线设计方案。 全厂综合自动化水平是通过控制方式、机组监控方式、控制室布置、热 工自动化设备的配置、系统功能以及运行组织等多方面的综合体现，对 单元机组、全厂的辅助公用系统和车间要统筹考虑，按数字化、网络化 的要求来设计，最终实现全厂监控系统的网络化管理和信息共享。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

1 概况

诚信为基 合作共赢

1.3.2 数字化、网络化是电厂信息化的基础，电厂数字化的广度和深度直 接影响电厂的信息化水平。本期电厂运用数字化电厂建设模式，全厂采 用分层分级的网络结构。全厂网络由厂级管理信息系统(MIS)、厂级 监控信息系统(SIS)以及机组级的控制网络、辅助系统控制网络三层构 成。全厂的网络中上层网络是厂级管理信息系

统(MIS)和厂级监控信 息系统(SIS)。厂级管理信息系统主要是对全厂非实时信息的管理和显 示(如人事管理、备品备件的管理),另外对从厂级监控信息网来的全 厂生产的主要实时信息显示，是为厂级的管理人员服务的。 厂级监控信息系统主要是对全厂实时信息的管理和显示。本期工程SIS的 应用范围为本期2×660MW机组及其辅助系统，它接受由机组级DCS网 络、辅助系统集中控制网络等来的信息并将相应的主要实时信息传送到 厂级管理信息系统。MIS系统与SIS系统间设置防火墙设备，阻止通过接 口对SIS系统的非法访问和病毒传播。 在厂级管理信息系统和厂级监控信息系统的下一层是机组级的控制网络、 辅助系统集中控制网络或辅助系统数据总线。 现场设备级数字化，采用现场总线及相应的现场总线智能监控设备。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2.1现场总线的技术优点 2.1.1现场总线的出现，使贯穿于控制系统的各个层次获得了广泛的新功 能，例如在现场仪表中实现更多的控制、多变量的测量和传输、基于自 查的现场设备维护和管理等等。 2.1.2网络化设备管理 现场总线技术的一个重要的特点是不仅能够传送过程I/O信号，也能够将 非过程数据通过总线进行输送。现场总线通讯能使设备管理软件从集中 控制室直接与遍及全厂的设备进行对话。 2.1.3分散的功能 基于现场总线技术的设备可执行比单纯的输入输出更多的功能。一台变 送器不仅能进行测量，而且还可以完成补偿和累计功能；一台阀门定位 器不但能对阀门定位，而且还可以完成流量的特性化与过程回路的控制 等其它功能。 2.1.4更宽的诊断范围 现场总线可从现场设备和仪表取得更多的维护诊断数据。自诊断例行程 序对设备的健康状况进行检查，并将该设备产生的信息是否准确可信告 知系统的其余部分。通过先进的自诊断功能找出设备的故障是整个现场 总线功能链中的第一步，它将为整个工厂在生命周期内节约运行成本。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2.1.5 提供预防维修信息 预见问题的到来比问题出现后立即被发现更好。利用对影响磨损的因素 进行超前指示，预测将更加容易和精确。如符合现场总线规范的阀门定 位器通过跟踪阀杆往复的次数来收集诸如循环动作次数等统计数据，此 外它还有一个内置的里程表，由此来预测因密封件摩擦增加而导致的性 能下降。 2.1.6 精度提高 现场总线是用数字信号传输数据的，因此可以克服DCS输入通道中A/D 转换、输出

通道中D/A转换及模拟信号传输产生的误差，从而提高传送 精度。 2.1.7节约成本 现场总线在初期和现在以及将来都能带来大幅度的成本节约，人们对此 存在一些误解。虽然在电缆上的节约是显而易见的，但从使用现场总线 所能达到的成本节约来看，电缆不是唯一的，也不是最大的节省成本的 方面。初期的成本节约表现在较低的购买成本、工程设计与安装的费用； 而长期的成本节约则包括因有了网络化的设备管理所带来的较低的维护 及运行的成本，还有较低的扩建及改造的费用。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2.2现场总线设计原则 现场总线设计原则 本着保证机组安全可靠运行、稳妥的指导思想，机组控制系统(DCS) 的现场总线部分，如下： --凡故障直接危急机组安全运行、主机和主要辅机保护的功能不纳入现场 总线，如： FSSS;DEH; ETS;MEH、METS等。 --要求快速控制检测的对象和要求时间分辩率高的检测参数，不纳入 DCS现场总线系统。如：旁路控制系统；事故顺序记录(SOE); --为保证每个区域监控功能的实时性及合理的组态，要求(允许)DCS 系统的每对控制器(站)具有同时既可配置常规I/O,又能配置 PROFIBUS现场总线接口。 --应用的PROFIBUS现场总线技术包括锅炉、汽轮发电机及其辅助系统 的部分监测、控制(温度、压力、流量、液位等),其中包括调节型电 动执行机构、开关型阀门电动装置、气动调节门、气动开关门、380V电 动机等。 2.3分散控制系统现场总线的设计方案 分散控制系统现场总线的设计方案 2.3.1系统选型：本工程DCS系统采用西门子公司的SPPA-T3000系统， 支持PROFIBUS-DP总线和PROFIBUS-PA总线。 2.3.2 DCS 的功能 本工程分散控制系统(DCS)功能包括DAS、MCS、FSSS、SCS, (厂用电源公用系统等)的控制由DCS 公用系统实现。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2.3.3技术要求 1) 实时性要求 接入现场总线的检测控制对象的实时性，应遵照“火力发电厂分散控制 系统(DCS)技术技术协议”的要求。即： --完成指定任务的模拟量控制最大执行周期250ms,开关量控制最大执行 周期100ms; --对于快速处理模拟量和开关量控制回路，其处理能力应分别为125ms和 50ms执行一次。 2) 系统安全可靠性及组态 A) 执行“火力发电厂分散控制系统(DCS)技术技术协议”的冗余要求， 即控制器、通讯网络总线、电源冗余。 B) 无论是挂接在PROFIBUS-PA、PROFIBUS-DP总线的设备，在系统 组态时应满足： -- 系统可靠性和安全性的要求； --- 在优先

满足系统检测、控制的实时性的前提下，规划、计算、确定其 挂接的智能设备数量；并应校核“执行周期”不超过要求允许的时间。 C) 系统中设置同一参数的2个或3个测点，应分别接入不同的现场总线分 支；

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

D) 对于接入PROFIBUS-DP总线的变速控制设备，电动机的控制和保护 (开关控制)、变速控制(模拟控制)应挂接在同一PROFIBUS-DP总 线段； E) 对于运行/备用的设备，应连接在不同的PROFIBUS-DP网段。 F) 对于同一对象的不同参数现场总线仪表，应接到现场总线的同一段。 G) PROFIBUS-DP总线，无论现场智能设备是否提供冗余总线接口， DCS控制站与现场总线PROFIBUS-DP总线通讯采用冗余方式。冗余总 线与单总线转换装置应是标准接口，即采用Y-LINK。 H) 系统功能组态时，工艺参数的处理功能在现场总线仪表中完成，复杂 的顺控功能、联锁保护逻辑功能、调节功能在控制器中完成。 I) 总线系统的组态，应充分考虑现场总线通讯接口及现场仪表的维修的 方便性。即挂接在同一分支的设备故障维修，将不影响挂接在这一分支 的其他设备的正常运行。 2.3.4 现场总线网段设计原则 1) 现场总线网段的设计是FCS用于电厂机组级控制的重要设计要素，应 考虑网段总的负载、电缆型号、总线干线长度、总线支线长度、现场设 备数量、总线的拓扑结构形式、中继器配置(系统不推荐使用)、集线 器(多路接线盒)数量、规格及配置等因素。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2) 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、 总线可分配的地址等因素影响。 3) 每个PROFIBUS-DP总线网段通讯速率不小于500kBit/s 4) 每个PROFIBUS-DP总线网段连接设备数量：不多于10个。 5) 每个PROFIBUS-PA总线网段连接设备数量：不多于9个。 6) 每个DP主站与DP Y-link之间及DP主战与DP/PA-link之间采用光缆连接。 对于DCS系统采用西门子公司的SPPA-T3000系统，每对控制器AS417 支持4对PROFIBUS-DP卡件(CP443-5),每对PROFIBUS-DP卡件 挂接4~5个Y-link(最大量为32个Y-link)。PROFIBUS-DP卡件携带光 线链路模块(OLM)下联接现场总线通信箱。现场总线通信箱与现场总 线仪表连接见下图：现场总线通讯箱经过OLM,总线接口模块IM153-2, 通过DP/PA Coupler与现场PROFIBUS PA接线盒连接，每个接线盒可接 4台变送器，形成PROFIBUS PA网段；每个通讯箱用光缆连接。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

汽机FCS拓扑图 拓

扑图1 汽机 拓扑图

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

现场总线通信箱与现场总线仪表连接见下图：现场总线通讯箱经过OLM, 总 线 接 口 模 块 IM153-2 , 通 过 Y Coupler 与 现 场 电 动 阀 门 连 接 ， 形 成 PROFIBUS DP 网 段 ； 通 过 Y Coupler 与 电 气 SIMCODE 连 接 ， 形 成 PROFIBUS DP网段；每个通讯箱用光缆连接。

汽机FCS拓扑图 拓扑图2 汽机 拓扑图

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2.3.5 现场总线 现场总线DCS 的配置 网络配置 1)应用总线(Application Highway)担负DCS各子系统间(AS-自动控制 系统、OM-操作监视系统、ES-工程师站及总线系统)的通信任务. 2)自动总线(Automation Highway)是用于及时的、确定的实时通信网络。 3)PROFIBUS是过程现场总线。采用PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA 协议。 PROFIBUS-DP是一种高速低成本通讯系统，主要应用于自动化系统中 单元级和现场级通讯。 PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使变送器与执行器连接在一根总 线上，并提供本质安全和总线供电特性。

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

网络配置图

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

2.3.6 现场总线设备选择 2.3.6.1 现场总线型变送器 本工程DCS为Siemens 的SPPA-T3000系统，采用的现场总线标准为 PROFIBUS PA和PROFIBUS DP,西门子SITRANS P系列变送器通过 Profibus-PA接口与SPPA-T3000系统通讯有以下优点： -系统已集成变送器硬件代理块，组态非常方便； -系统通讯正常； -周期数据传输完全满足过程控制要求，周期数据包括实时测量压力值， 二点温度值(传感器温度值和环境温度值),及一些重要状态值等； -非周期数据完善，非周期数据包括本身参数设置，诊断信息，及其它 状态信息等； -可通过PDM 实现设备调试和管理功能； a 访问仪表所有的参数； b 访问仪表维护及诊断信息； c 所有维护信息及诊断的存档； d 过程变量及设备状态显示 e 回路测试(仿真输出)

电力 现场总线

中国电力顾问集团公司 东 北 电 力 设 计 院

2 主厂房现场总线设计

诚信为基 合作共赢

-具有过程值模拟功能，模拟及实际测量方式切换正常； 经过测试，其它品牌的变送器，在与Siemens DCS 设备管理软件 PDM通讯的过程中，都存在一些问题，如：参数下传功能不完善、无回 路测试功能、无诊断信息输出等。因此本工程选择西门子变送器，这样 可以完全发挥DCS管理软件的作用。 本工程用到现场总线型压力、差压变

送器220台。每四个变送器进一 个PROFIBUS-PA接线盒，用PROFIBUS-PA电缆连接，进现场总线箱。 2.3.6.2 现场总线型电动执行机构 本工程现场总线型电动执行机构主要有以下几种品牌。 -- SIPOS 5 Flash电动执行机构 SIPOS 5 Flash型电动执行机构采用内置一体化变频器来控制执行机构的 电机，并带有PROFIBUS-DP总线接口。在锅炉减温水系统、除氧给水、 辅汽系统等，用到26台调节型电动执行机构和40台开关型电动执行机构。 所有电动执行机构采用总线型结构，用PROFIBUS-DP总线连接，传输 速率为1.5Mkbit/s,传输距离可达200m。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zeyj.html