Profibus现场总线技术在1000MW火电机组的应用与维护

2022.10.13

黄旭严婷

【摘要】以广东某2X1000MW火电机组为例，介绍Profibus现场总线技术在其锅炉补给水控制系统的应用情况，总结了基建调试及生产维护过程中出现的关键性问题，并提供解决思路。旨在推动现场总线技术在火力发电厂的应用，并对同类现场总线项目的实施提供参考依据。

【关键词】现场总线技术；Profibus；发电厂；数字化

一、现场总线技术应用的背景

二十一世纪以来，在工业自动化控制领域，现场总线控制系统（Fieldbus Control System）已经走上了高速发展的快车道。随着现场总线技术和产品的日趋成熟，在发电厂新建或改造项目中采用现场总线技术的案例逐步增多。现场总线技术的应用大大节约了控制电缆铺设的成本，并使设备的在线故障诊断和远程参数修改成为了可能。同时，应用现场总线控制技术实现现场设备级的数字化，是建设数字化电厂的关键一步。

为了推动现场总线技术的发展与应用，广东某火力发电厂2X1000MW工程锅炉补给水系统采用了西门子Profibus现场总线控制技术，培养出了一批熟练掌握现场总线技术的检修维护人员，为今后扩建和改造项目使用现场总线控制系统奠定了基础。

二、现场总线设备概述

图1 锅炉补给水现场总线控制系统网络结构图

从图1可以看出，该现场总线控制系统配置了两套互为冗余的西门子S7-417H型号CPU，通过以太网交换机与上位机操作员站、工程师站交换数据。系统采用光纤链路模块（OLM）组成冗余的Profibus-DP光纤环网作为控制系统的通讯主干网，环网上挂有4个通讯柜，并根据现场设备的类型与数量配置了8条Profibus-DP支线和7条Profibus-PA支线。本项目采用的现场总线型仪表主要包括：横河EJA智能压力变送器、Festo气动阀岛、Endress+Hauser超声波液位计、ABB智能变频器、HACH智能硅表、HACH智能钠表等设备。

三、现场总线技术应用与维护的难点

现场总线技术作为一种新兴的控制系统技术，拥有着抗干扰能力强、节约电缆、智能化、数字化等诸多显著优点。但同时我们也应注意到，现场总线控制系统与传统分散控制系统在工作原理上的根本不同，导致前者在应用中会涌现出很多新的问题。在此将本项目从基建安装以来七年时间内，遇到的各种应用与维护难点及其解决思路总结如下：

（一）项目设计时期，主要问题集中在设备选型和订货时间方面。支持现场总线协议的设备品牌、型号相对较少，辅机配套厂家对现场总线理解不够，对兼容性、可靠性的验证还存在局限性，供货方面发生偏差的概率增大，因此需要设计方与供货厂家一起对设备参数进行仔细核对。采用总线方式，设备的采购及订货需要更多的时间，这就要求压缩供应商的订货周期和编制更准确的供货计划。现场总线控制系统进行逻辑组态时需要详细的设备型号和GSD组态文件，必须要求设备供应商尽早提供相关资料，以免延误工期。

（二）基建安装调试时期，主要难点集中在对安装工艺的要求和对本厂维护人员的培训上。总线设备相对于常规方式对施工工艺要求更高，现场总线系统的接线方式有别于常规DCS系统的接线。常规控制系统的设备是点对点的接线方式，每个设备是孤立的，接线比较有针对性；而现场总线设备都是并联在一条总线上，互相关联影响，接线不能有错误，一个点的故障就可能影响整条支线所有设备的通讯。采用现场总线技术，热工维护人员的维护强度尽管有所降低，但技术要求大大提高，要学会总线专用组态软件和在线诊断工具的使用。因此在调试期间要培养一批学习能力强、能适应现场总线控制系统维护要求的热工技术人员。

（三）生产维护时期，主要的难点在于备品备件的管理上。一个现代化的发电企业，从成本控制的角度，会对备件采购和备件库存积压进行严格把控，有着全面的考核指标。而现场总线控制系统的大多数备件是无法与常规控制系统通用的，必然会增加日常维护的备件库存总量。同时，因现场总线通讯协议的特点，采购的备件必须指定备件的品牌型号与现场原来使用的一致，否则就需要重新组态并下装控制器才能使用（这在连续的发电生产过程中是不允许的）。根据经验，指定品牌的采购方式通常较采用短名单方式采购备件的价格要高，进一步增加了备件库存金额的总量。因此，合理规划备品备件是项目投产后需要注意的关键环节。

四、结束语

Profibus现场总线技术在该发电厂锅炉补给水控制系统中的成功应用表明，目前在发电厂中应用现场总线控制技术的条件已经成熟，同时这也是现代发电企业向数字化迈进的需要。

参考文献

[1]陈小枫，董景辰，曹迎东.过程控制现场总线工程运行与维护[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]徐明等.现场总线技术在电厂中的应用[J].微计算机信息，2006.

[3]刘良文，董鸣，等.PROFIBUS-DP 现场总线性能分析[J].控制系统，2006（9）：46-48.

[4]西门子（中国）有限公司.PROFIBUS-PA应用技术介绍[J].世界仪表与自动化，2003（7）： 59-60.

[5]凌志浩，等.现场总线与以太网[M].北京：机械工业出版社，2007.