基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電站工程的應(yīng)用研究

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為過程控制系統(tǒng)的重要現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在電站工程中廣泛應(yīng)用。本文將從智能型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)(現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)AUMA MATIC)來闡述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Profibus DP)在電站工程應(yīng)用的可行性，并通過實(shí)例分析了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

　　2 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是指現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、雙向、多點(diǎn)通信的自控技術(shù)。它將具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力的專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議把它們連接成網(wǎng)絡(luò)，形成適應(yīng)各種實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在原有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了雙向通信、在線自動(dòng)標(biāo)定、自校正與自診斷等多種控制功能，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　2.1 Profibus DP總線技術(shù)

　　目前，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類很多，它們應(yīng)用的總線協(xié)議主要包括Foundation Fieldbus、Profibus、CAN等。Profibus作為一種國際性的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，包含三個(gè)兼容版本:高速通信的Profibus DP、本安型Profibus PA以及用于系統(tǒng)級(jí)和車間級(jí)的Profibus FMS。Profibus既可用于自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)單元的通訊，也可用于連接帶有智能卡件的變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

　　Profibus DP屬于底層控制網(wǎng)絡(luò)，采用輪循的通訊方式，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。Profibus DP按照設(shè)備的功能特點(diǎn)將設(shè)備分為三種類型:第一類DP主站類型1(DPM1)，中央可編程控制器，如PLC，PC等;第二類DP主站類型2(DPM2)，指可編程、可組態(tài)、可診斷的設(shè)備;DP從站，即一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)智能I/O設(shè)備。根據(jù)用戶的功能需求，Profibus DP允許構(gòu)成單主或多主系統(tǒng)，系統(tǒng)配置組態(tài)具有高度的靈活性[1]。

　　Profibus DP作為一種比較成熟的總線技術(shù)以及對(duì)設(shè)備級(jí)分散I/O控制的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使它在國內(nèi)外電力行業(yè)過程控制中廣泛應(yīng)用。由于電站輔助車間對(duì)象特征單一、相互獨(dú)立性強(qiáng)且多為順控、聯(lián)鎖和單參數(shù)調(diào)節(jié)，可采用PLC或DCS監(jiān)控，所以Profibus DP的應(yīng)用成為必然，這部分系統(tǒng)包括水處理、除灰除渣、輸煤、冷卻水系統(tǒng)等。

　　德國Niederaussem電廠就廣泛地在汽水循環(huán)、煙氣系統(tǒng)和機(jī)組協(xié)調(diào)等對(duì)安全性沒有特殊要求的現(xiàn)場(chǎng)控制中采用了Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和設(shè)備，并把它們納入DCS控制。在國內(nèi)電站的輔助系統(tǒng)中，四川廣安電廠的水處理系統(tǒng)、連云港新海發(fā)電廠200MW機(jī)組的DCS改造均采用了Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，并且取得了良好的效果[2]。

　　2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與注意問題

　　現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與普通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，具有較大的優(yōu)勢(shì)。帶通信協(xié)議的總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要使用的輔助設(shè)備少，無需任何隔離、轉(zhuǎn)換和輸入輸出模塊，同時(shí)減少大量信號(hào)電纜、電纜配件及相應(yīng)的安裝和檢修工作;現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有雙向通訊功能，操作人員可在控制室進(jìn)行標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置、功能組態(tài)及在線監(jiān)測(cè)和故障分析，操作維護(hù)異常便利;由于現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶有微處理器，對(duì)于運(yùn)行人員無法判別的故障，設(shè)備廠家可通過通訊接口進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。

　　在電站自動(dòng)化領(lǐng)域，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用還有待進(jìn)一步深入和擴(kuò)大，其穩(wěn)定性還有待于時(shí)間的檢驗(yàn)，所以對(duì)于采用現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，應(yīng)充分考慮電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特征和現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，以期達(dá)到應(yīng)有的效果。

　　(1) 在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多的電站輔助系統(tǒng)，比如水系統(tǒng)中的工業(yè)水、生活水、消防水、廢水和單元機(jī)組中的開、閉式水系統(tǒng)，物理位置相對(duì)分散，且多為順序控制、聯(lián)鎖或單參數(shù)調(diào)節(jié)，可采用現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu);

　　(2) 現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信協(xié)議必須與控制系統(tǒng)的通信協(xié)議相匹配，這是實(shí)現(xiàn)局部現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基本條件?？筛鶕?jù)主控制系統(tǒng)的類型來確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信類型，如果控制器完成較為簡(jiǎn)單的控制功能，則可根據(jù)性價(jià)比同時(shí)選擇控制器和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信類型;

　　(3) 現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理地址的設(shè)定必須與控制器中的地址相對(duì)應(yīng)，以防止產(chǎn)生作為被控對(duì)象的不同電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)和拒動(dòng)，從而給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重后果。

　　3 應(yīng)用實(shí)例

　　在浙江國華寧海電廠一期工程中，現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于機(jī)組閉式循環(huán)水系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，閉式循環(huán)冷卻器、汽機(jī)潤滑油冷卻器進(jìn)口、出口、旁路電動(dòng)門等34個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了AUMA現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　3.1 AUMA現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　AUMA MATIC電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為原裝進(jìn)口一體化現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，其開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以接受開、關(guān)、停數(shù)字量控制信號(hào)并能滿足DCS程序控制的要求，本體配置手輪和手／自動(dòng)切換機(jī)構(gòu)，通過現(xiàn)場(chǎng)控面板可以進(jìn)行Remote(遠(yuǎn)方)、Off(停機(jī))、Local(現(xiàn)場(chǎng))的轉(zhuǎn)換，并且有"開、關(guān)、停"操作按扭和全開、全關(guān)位置到位指示燈及故障指示燈。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在失去電源或信號(hào)時(shí)，運(yùn)行到全開、運(yùn)行到全關(guān)、停在原位等三種保護(hù)功能可由用戶在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置一體式電源控制板，用戶只需提供動(dòng)力電源，內(nèi)部控制電源由執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制和反饋信號(hào)可直接接收和送至DCS系統(tǒng)，中間不需要增加任何轉(zhuǎn)換和隔離設(shè)備。

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元配有雙通道Profibus DP冗余總線接口，可接受來自控制室的數(shù)字量信號(hào)。作為Profibus DP總線系統(tǒng)的從站，其從站地址可通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體上的液晶顯示器和按鈕進(jìn)行設(shè)定和確認(rèn)。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò)硬件架構(gòu)

　　根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置分布和功能實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用中把這34個(gè)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)分成了兩組，每組17個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別掛在不同的Profibus DP總線上，總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 AUMA現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)