現(xiàn)場總線技術(shù)在大型火電機(jī)組主輔控系統(tǒng)中的應(yīng)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(jìn)的技術(shù)、豐富的控制功能、友好的人機(jī)界面等優(yōu)勢，逐步占領(lǐng)了火電廠機(jī)、爐、電主控領(lǐng)域，而PLC則由于其邏輯處理功能強(qiáng)、境適應(yīng)性好、環(huán)系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)、采購成本較低等特點(diǎn)，成為電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)（水、煤、灰）和機(jī)組輔助系統(tǒng)（吹灰、空壓機(jī)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)的效能產(chǎn)生巨大的飛躍。

1 FCS應(yīng)用情況介紹

　 全面信息化和多層次的自動(dòng)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(tuán)都十分關(guān)注電廠熱控自動(dòng)化新技術(shù)的應(yīng)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(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術(shù)的全面應(yīng)用，并在較短時(shí)間內(nèi)完成了安裝、調(diào)試，并很快投入穩(wěn)定可靠運(yùn)行。大量的工程項(xiàng)目的順利實(shí)施，證明現(xiàn)場總線在電廠輔助生產(chǎn)控制系統(tǒng)中應(yīng)用是完全可行的。

　 根據(jù)墨西哥Mazatlan電廠的報(bào)導(dǎo)，首臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的1號(hào)單元機(jī)組（158 MW）在1997年3月17日投入運(yùn)行，曾連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月無故障、無維護(hù)，改善了鍋爐動(dòng)態(tài)的相應(yīng)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(shí)間縮短到3周。由于1號(hào)單元機(jī)組的改造獲得成功，該廠緊接著進(jìn)行了2號(hào)單元機(jī)組（158 MW）的改造，2號(hào)單元機(jī)組于1998年2月14日投入運(yùn)行。同1號(hào)單元機(jī)組一樣，這次改造十分成功，不但投資進(jìn)一步節(jié)省，達(dá)到了50％，而且安裝調(diào)試時(shí)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(gè)系統(tǒng)包括900臺(tái)馬達(dá)、400個(gè)電磁閥、1000個(gè)閥門定位器和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程編程和維護(hù)，實(shí)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(hù)得到優(yōu)化。

　墨西哥Mazatlan電廠、德國尼德豪森電廠K機(jī)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(yīng)用，大大激發(fā)了國內(nèi)各發(fā)電集團(tuán)公司和設(shè)計(jì)院應(yīng)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(yīng)用上處于領(lǐng)先地位，著眼于領(lǐng)導(dǎo)先進(jìn)技術(shù)潮流、合理控制工程造價(jià)、全面提升電廠自動(dòng)化水平，在南京金陵電廠2×1000 MW機(jī)組、九臺(tái)電廠2×600MW機(jī)組的設(shè)計(jì)中已經(jīng)把現(xiàn)場總線技術(shù)全面應(yīng)用于機(jī)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(jī)組）做為試點(diǎn)單位，在主輔機(jī)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(yuǎn)大于國內(nèi)外其他應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的電廠。

2 神華勝利電廠應(yīng)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(tái)600MW機(jī)組，一期工程建設(shè)2×600 MW機(jī)組。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的先進(jìn)性可以大量節(jié)省投資和提高機(jī)組運(yùn)行維護(hù)水平，神華集團(tuán)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(dāng)前國內(nèi)最大規(guī)模的工程應(yīng)用。

　　　2.1 現(xiàn)場總線在神華勝利電廠的應(yīng)用原則

　 （1）影響機(jī)組安全運(yùn)行的主機(jī)和主要輔機(jī)的保護(hù)不納入現(xiàn)場總線，如:

　 鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)（FSSS）；

　 汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）；

　 汽輪機(jī)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(hù)的開關(guān)型氣動(dòng)閥門、電磁閥，不納入現(xiàn)場總線。

?。?）國產(chǎn)電動(dòng)門因現(xiàn)場總線接口不完善，且缺乏相應(yīng)的測試和應(yīng)用實(shí)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(duì)于調(diào)節(jié)型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(fēng)、磨煤機(jī)。

　 （6）對(duì)于調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(fēng)）的，采用硬接線＋現(xiàn)場總線。

?。?）對(duì)于開關(guān)型閥門電動(dòng)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(hù)、聯(lián)鎖功能通過DCS硬接線完成。