現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司分析儀表中的應(yīng)用

1、    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司分析儀表中的應(yīng)用    張曉超摘 要：本文闡述了總線技術(shù)的原理、總線分析儀表安裝調(diào)試以及總線在ovation系統(tǒng)中的組態(tài)配置、profibus轉(zhuǎn)換板卡的應(yīng)用等。介紹了總線技術(shù)在華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司分析儀表中的應(yīng)用，通過總線控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為相關(guān)應(yīng)用提供了成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)范及維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)；profibus-dp；分析儀表應(yīng)用： th7 ： a ： 1673-1069（2016）17-186-31 簡介1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)數(shù)字化的、串行、雙向傳輸、多分

2、支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是用于工廠/車間儀表和控制設(shè)備的局域網(wǎng)。利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，把就地儀表、控制器、上位機(jī)連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，對(duì)就地儀表和系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷。本工程分析儀表在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸速率9.6kbps12mbps。1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本工程分析儀表采用艾默生ovation現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)由電子間機(jī)柜、就地通訊柜、通訊介質(zhì)、就地儀表組成。電子間機(jī)柜包括：控制器，profibus通訊主站，光電轉(zhuǎn)換器等。就地通訊柜包括：光電轉(zhuǎn)換器、有源終端電阻等。我廠采用艾默生ovation 通信主站，profibus通信主站即控

3、制器下的dp卡件，完成和總線網(wǎng)絡(luò)中從站的數(shù)據(jù)交換，并將采集的數(shù)據(jù)傳回dcs系統(tǒng)的控制器中。1塊dp卡件由兩個(gè)接口，可連接兩個(gè)不同的網(wǎng)段。連接冗余口總線設(shè)備時(shí)，設(shè)備的冗余接口可接入不同的兩塊主站卡中的通信接口進(jìn)行交叉冗余，連接單口總線設(shè)備時(shí)可直接接入1塊主站卡中的1個(gè)通信接口，主站卡可實(shí)現(xiàn)對(duì)從站設(shè)備的控制和管理功能，一般每對(duì)控制器可掛32塊dp卡件。1.3 組態(tài)我廠控制系統(tǒng)為艾默生ovation3.5.0系統(tǒng)，profibus現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的組態(tài)應(yīng)用軟件為ovation developer studio。組態(tài)的配置步驟：控制器內(nèi)添加新的設(shè)備編號(hào)插入一個(gè)profibus i/o模塊為每個(gè)總線模塊指定

4、模塊記錄點(diǎn)名指定每個(gè)總線端口的點(diǎn)名在developer studio里訪問profibus模塊配置窗口配置profibus從設(shè)備配置點(diǎn)名，根據(jù)廠家提供資料，增加模擬量、數(shù)字量或者打包點(diǎn)，一般每種不同型號(hào)設(shè)備都有不同的配置點(diǎn)。最后，下裝控制器，進(jìn)行調(diào)試測(cè)試，調(diào)試測(cè)試完成后，該儀表組態(tài)成功，正式投入使用。1.4 總線測(cè)試總線測(cè)試的目的是檢測(cè)總線網(wǎng)段的通斷、信號(hào)是否合格；現(xiàn)場(chǎng)總線與設(shè)備是否正常；是不是會(huì)影響未來設(shè)備的運(yùn)行等?？偩€測(cè)試工具使用profibus troubleshooting tooklit，軟件使用profitrace for proficore ultra v292.下圖為我廠部分總

5、線測(cè)試截圖，電壓值在3v以上且穩(wěn)定為正常，如果在3v以下，在日后的設(shè)備運(yùn)行中如果有信號(hào)干擾，就會(huì)影響儀表信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，如圖1所示：1.5 硬件部分現(xiàn)場(chǎng)總線的硬件包括：profibus接口，通訊介質(zhì)，profibus插頭，中繼器，光電轉(zhuǎn)換器以及有源終端電阻等，但是也有特殊情況，如：部分儀表為硬接線儀表，若實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，則需添加profibus轉(zhuǎn)換板卡。1塊dp卡件由兩個(gè)接口（profibus接口），可連接兩個(gè)不同的網(wǎng)段。profibus網(wǎng)絡(luò)支持rs485的電纜和光纖兩種通訊介質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)profibus dp電纜一般都是a類電纜，為屏蔽雙絞電纜，其中數(shù)據(jù)線有兩根：a-綠色和b-紅色，

6、電纜的外部包裹著編織網(wǎng)和鋁箔兩層屏蔽，最外面是紫色的外皮。光纖的傳輸距離比較遠(yuǎn)，抗電磁干擾性、耐腐蝕也很好，尺寸小，重量輕，耐腐蝕，便于敷設(shè)等。但是光纖彎曲半徑不能過小，光纖連接處及終端不容易處理等等。按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。profibus插頭即九針頭，用于連接profibus電纜和profibus的站點(diǎn)。九針頭上，有一個(gè)進(jìn)線孔（in）和一個(gè)出線孔（out），分別連接至前一個(gè)站和后一個(gè)站。每個(gè)九針頭都內(nèi)置終端電阻，按照情況接入（on）和切除（off）。一般，在卡件和通信箱內(nèi)為on，就地設(shè)備處為off。九針頭分為帶可編程口和不可編程口，一般每個(gè)網(wǎng)段的卡件處和就

7、地儀表處插頭要使用帶編程口的，便于診斷及維護(hù)。分析儀表就地端不使用九針頭，可在總線測(cè)試工具加上可編程九針頭測(cè)試就地儀表回路的信號(hào)情況。profibus轉(zhuǎn)換板卡應(yīng)用簡單，透明通信，數(shù)據(jù)完整，時(shí)時(shí)傳輸。profibus-dp從站，波特率自適應(yīng)，最大波特率 12mbps；支持 im0 設(shè)備維護(hù)功能。從左到右依次二進(jìn)制為 bit 7-0 ： 如站地址為 19（0x13），需要撥為 0001 0011，如圖2：接線方式：把標(biāo)準(zhǔn)電纜的綠線接入端子左側(cè)，紅線接入端子右側(cè)（profibus-in 端子 和profibus-out 端子都遵循此規(guī)則），在 dp 板卡作總線的終端時(shí)，只接profibus-in 端

8、子（入線），同時(shí)把終端電阻開關(guān)撥到on 位置，如圖3：圖3 profibus轉(zhuǎn)換板卡接線圖2 現(xiàn)場(chǎng)總線在華能太原東山燃機(jī)熱電廠分析儀表的應(yīng)用2.1 華能太原東山燃機(jī)熱電廠分析儀表現(xiàn)狀我廠分析儀表在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀表共計(jì)96個(gè)測(cè)點(diǎn)，分布于鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、原水預(yù)處理系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)、余熱鍋爐、汽機(jī)等。 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)共計(jì)測(cè)點(diǎn)15個(gè)，儀表14臺(tái)，其中1臺(tái)硅表是美國hach雙通道測(cè)量儀表測(cè)量混床出水質(zhì)； 8臺(tái)abb導(dǎo)電度儀分別測(cè)量反滲透裝置和混床水質(zhì)；1臺(tái)abb氧化還原電位儀表（orp）儀表測(cè)量反滲透水質(zhì)，此儀表為abb400系列儀表，有測(cè)量氧化還原電位和ph兩種測(cè)量方式；7臺(tái)abbph計(jì)分別測(cè)量熱網(wǎng)輔機(jī)噴

9、淋泵入口和反滲透裝置水質(zhì)；1臺(tái)梅特勒ph計(jì)為后期改造新增ph計(jì)，此表計(jì)與其他品牌表計(jì)不同于記錄模塊在電極內(nèi)部，而其他表計(jì)的記錄模塊多在變送器內(nèi)。原水預(yù)處理系統(tǒng)共計(jì)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，儀表2臺(tái)，兩臺(tái)abbph計(jì)分別測(cè)量機(jī)械加速澄清池、化學(xué)補(bǔ)水泵水質(zhì)。酸堿系統(tǒng)4臺(tái)abb儀表分別測(cè)量酸堿濃度與酸堿廢水ph質(zhì)量。兩臺(tái)余熱鍋爐共計(jì)測(cè)點(diǎn)68個(gè)，儀表62臺(tái)，其中4臺(tái)硅表是美國hach雙通道測(cè)量儀表分別測(cè)量中壓汽包爐水、高壓汽包爐水、高壓過熱蒸汽、再熱器水質(zhì)；2臺(tái)swan溶氧表分別測(cè)量低壓省煤器、低壓汽包爐水水質(zhì)；2臺(tái)奧立龍磷表為雙通道測(cè)量儀表分別測(cè)量中、高壓汽包爐水水質(zhì)；6臺(tái)奧立龍ph表分別測(cè)量省煤器及爐水水質(zhì)；1臺(tái)

10、奧立龍聯(lián)氨表測(cè)量低壓省煤器水質(zhì)；3臺(tái)奧立龍鈉表測(cè)量過熱蒸汽、再熱器水質(zhì)；14臺(tái)奧立龍陽電導(dǎo)表分別測(cè)量省煤器、爐水、飽和蒸汽、過熱蒸汽、再熱器水質(zhì)；2臺(tái)奧立龍比電導(dǎo)表分別測(cè)量中、高壓汽包爐水水質(zhì)；陽電導(dǎo)表與比電導(dǎo)表是同一種品牌型號(hào)的儀表，區(qū)別于陽電導(dǎo)表要經(jīng)過氫離子交換柱（其中填充變色樹脂），而比電導(dǎo)表不需要。汽機(jī)共計(jì)測(cè)點(diǎn)7個(gè)，儀表7臺(tái)，其中1臺(tái)swan溶氧表、奧立龍3臺(tái)陽電導(dǎo)表、1臺(tái)比電導(dǎo)表、2臺(tái)ph表分別測(cè)量汽機(jī)凝結(jié)水、冷卻水及熱網(wǎng)加熱器水質(zhì)。我廠共有2個(gè)控制室、3個(gè)電子間控制分析儀表，其中水網(wǎng)控制室控制鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)（水網(wǎng)控制室機(jī)柜）、原水預(yù)處理系統(tǒng)（水務(wù)區(qū)電子間）。主機(jī)電子間控制

11、余熱鍋爐、汽機(jī)儀表（汽水取樣電子間）。鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)14臺(tái)儀表、酸堿系統(tǒng)4臺(tái)儀表分別位于化學(xué)水處理車間、酸堿中和池內(nèi)，分布于水網(wǎng)控制室約200米內(nèi)；原水預(yù)處理系統(tǒng)2臺(tái)儀表分別位于水務(wù)區(qū)室外、綜合水泵房，距離水務(wù)區(qū)電子間各約50米，距離水網(wǎng)控制室分別約50米，150米； #1余熱鍋爐31臺(tái)儀表位于#1余熱鍋爐10米高溫采樣間處，距離汽水取樣電子間約100米，距離主機(jī)電子間約270米；#2余熱鍋爐31臺(tái)儀表位于#2余熱鍋爐10米高溫采樣間處，距離汽水取樣電子間約10米，距離主機(jī)電子間約170米；#3汽機(jī)7臺(tái)儀表位于#3汽機(jī)0米空壓機(jī)處，距離汽水取樣電子間約170米，距離主機(jī)電子間約200米。分析儀

12、表自調(diào)試后，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，確保了化學(xué)水質(zhì)良好的監(jiān)視與維護(hù)。2.2 華能太原東山燃機(jī)熱電廠分析儀表總線方案華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司分析儀表在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，其數(shù)據(jù)傳輸速率9.6kbps12mbps。2.2.1 電纜敷設(shè)華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司原水預(yù)處理系統(tǒng)為節(jié)省電纜敷設(shè)，將電子件設(shè)計(jì)于水務(wù)區(qū)；汽水取樣電子件放置于#2余熱鍋爐，1#爐通過光纖敷設(shè)，因而節(jié)約電纜費(fèi)用。汽水取樣系統(tǒng)的奧立龍儀表需用profibus轉(zhuǎn)換板卡，共計(jì)69個(gè)，分析儀表敷設(shè)dp電纜約450米，光纖約700米。其中鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)14臺(tái)儀表由水網(wǎng)控制室機(jī)柜內(nèi)1號(hào)、2號(hào)控制器控

13、制；酸堿系統(tǒng)4臺(tái)儀表由水網(wǎng)控制室機(jī)柜內(nèi)3號(hào)控制器控制；原水預(yù)處理系統(tǒng)2臺(tái)儀表由水務(wù)區(qū)電子間機(jī)柜內(nèi)5號(hào)控制器控制；2臺(tái)余熱鍋爐62臺(tái)儀表、汽機(jī)7臺(tái)儀表由汽水取樣電子間機(jī)柜6號(hào)控制器控制。在敷設(shè)電纜的過程中，動(dòng)力電纜會(huì)干擾dp電纜，所以敷設(shè)dp電纜時(shí)，要與其他電纜分開敷設(shè)，避免平行。如果不可避免時(shí)，其中間須有分隔板，并至少保持20厘米的間隔，如有雷擊的可能時(shí)應(yīng)至少保持50厘米的間距。若需交叉時(shí)，應(yīng)直角交叉。有抗干擾要求的線路應(yīng)采用符合有關(guān)規(guī)范要求的屏蔽電纜，在電纜轉(zhuǎn)角處轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)保持最小可允許的電纜彎曲半徑，簡單彎曲的彎曲半徑應(yīng)大于電纜外徑的10倍，多個(gè)連續(xù)彎曲的彎曲半徑應(yīng)大于電纜外徑的20倍。電纜

14、不可拉扯、曲折、打結(jié)，其最大拉伸力為100n，電纜敷設(shè)完畢需要給電纜槽盒增加蓋板，蓋板要嚴(yán)密。冗余的通信電纜宜在分開的電纜橋架上敷設(shè)，站與站之間通信電纜應(yīng)為一條電纜，不可兩條接在一起，如果儀表暫時(shí)未安裝而無法接線，要使用專用連接器臨時(shí)接通，而不應(yīng)簡單地扭接。也可不截?cái)嗤ㄐ烹娎|，留有余地后直接連接下一個(gè)總線設(shè)備。對(duì)于跨建筑的通信介質(zhì)宜使用鎧裝光纜。鎧裝光纜應(yīng)遵循最小彎曲半徑、可允許拉伸力等要求，不應(yīng)擠壓、扭曲光纜，敷設(shè)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范要求。帶連接頭的dp通信電纜的敷設(shè)應(yīng)使用保護(hù)套管將連接頭進(jìn)行保護(hù)以避免其損壞，未連接的光纜插頭和插座應(yīng)用保護(hù)罩進(jìn)行防護(hù)。牽引通信電纜經(jīng)過有夾角的橋架時(shí)，應(yīng)使用滑輪裝置

15、，有橋架等鋒利的邊緣處，要有防護(hù)措施。機(jī)柜、接線盒內(nèi)無屏蔽的電纜不應(yīng)與電源線纏繞，沒有屏蔽的露出接線部分應(yīng)盡量短，宜控制在5cm以內(nèi)。總線電纜進(jìn)入機(jī)柜時(shí)將電纜保護(hù)層剝?nèi)ミm當(dāng)長度露出屏蔽層，注意不要破壞其屏蔽層，使用專用emc電纜卡將其固定在機(jī)柜入口，確保其屏蔽層與入口銅排可靠連接。通信電纜在機(jī)柜內(nèi)布線時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源，應(yīng)避免與高電壓、大電流的電纜在同一線槽內(nèi)走線，不宜在柜內(nèi)形成“環(huán)”，應(yīng)避免將變頻器等干擾源包圍在“環(huán)”內(nèi)。2.2.2 分析儀表現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與4-20ma模擬信號(hào)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)

16、的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)：減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性；可組態(tài)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)和診斷顯示、報(bào)警等，快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障位置、原因，快速維修，節(jié)省人力和提高系統(tǒng)可用性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計(jì)簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護(hù)工作量，實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化電廠。3 結(jié)語華能太原東山燃機(jī)電廠工程在部分儀表中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的積極學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)，累積了很多工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際效果，我們將在未來的工作中繼續(xù)學(xué)習(xí)推廣，從而為實(shí)現(xiàn)華能東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任