摘要：現場總線技術能否應用在發電廠中，眾說紛紜，并沒有一個性的認證。本文將從現場設備級（現場總線電動執行器）角度來闡述現場總線技術（Profibus-DP）在發電廠應用中的可行性，從而實現現場總線技術的安全性、穩定性和經濟性應用優勢。
　　
　　引言
　　
　　上世紀九十年代至今，現場總線技術在誕生以及逐步推廣的過程中，業界人士對其褒貶不一。對于現場總線技術在發電廠中的應用，評論主要圍繞現場總線控制系統（FCS）能否*取代分散控制系統（DCS）進行，這是從過程控制級來考慮現場總線技術的應用。由于缺乏應用實例，無法從工程實際角度來論證FCS取代DCS的安全性、穩定性和經濟性。業內有些人士就開始著手研究這個項目，以此證明現場總線技術在發電廠中的可行性。
　　
　　一、Profibus-DP總線技術
　　
　　現場總線技術是指現場設備與自動控制裝置之間的數字式、串行、雙向、多點通信的自控技術，它將具有數字計算和數字通信能力的微處理器置入傳統的測量控制儀表，采用簡單的雙絞線把它們連接成網絡，并按公開、規范的通信協議，實現信息交換和數據傳輸，形成適應各種實際需要的自動控制系統。
　　
　　1.1Profibus-DP總線技術的概況
　　
　　目前上存在多種總線標準，包括IEC61158-2、FoundationFieldbus、Profibus、Lonworks、HART、CAN等。Profibus作為一種性的開放式現場總線，根據應用特點，主要包括三個兼容版本：高速通信的Profibus-DP；本安型Profibus-PA；用于系統級和車間級的Profibus-FMS，。Profibus既適合于自動化系統與現場信號單元的通訊，也可用于連接帶有智能卡件的變送器和執行器等其它現場設備。
　　
　　Profibus-DP是底層控制網絡，采用輪循的通訊方式，專為自動控制系統和設備級分散I/O之間的通信設計，可取代價格昂貴的24V或4～20mA并行信號線，廣泛應用于分布式控制系統的高速數據傳輸，zui高傳輸速率可達12M。
　　
　　Profibus-DP按照設備的功能特點將設備分為三種類型：*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、可診斷的設備；DP從站，即一個現場智能I/O設備。根據用戶的功能需求，Profibus-DP允許構成單主或多主系統，系統配置組態具有高度的靈活性。
　　
　　1.2Profibus-DP應用概況
　　
　　Profibus-DP作為一種比較成熟的總線技術以及對設備級分散I/O控制的*優勢，使它在國內外電力行業過程控制中的應用日趨廣泛。西門子作為自動化領域的供應商，在電站自動化設備方面一直致力于支持Profibus現場總線協議的技術和設備的開發。同時，由于電站輔助車間對象特征單一、相互獨立性強且多為順控、聯鎖和單參數調節，可采用一般PLC監控或DCS監控，所以Profibus-DP的應用成為必然趨勢，這部分系統包括水處理、除灰除渣、輸煤、冷卻水系統等。
　　
　　德國Niederaussem電廠就廣泛地在汽水循環、煙氣系統和機組協調等對安全性沒有特殊要求的現場控制中采用了Profibus-DP現場總線技術和設備，并把它們納入DCS控制。總線設備主要為SIPOS電動執行器、SIMOCODE（馬達接觸器的智能接口）和DP/ASI（電磁閥智能接口）。總線設備的有關邏輯組態和控制功能在DCS中完成，同時還在模擬量信號的傳輸中應用了HART總線。
　　
　　在國內電站的輔助系統中，Profibus-DP也得到了廣泛應用，四川廣安電廠的水處理系統、連云港新海發電廠200MW機組的DCS改造均采用了Profibus-DP現場總線技術，并且取得了良好的效果。
　　
　　二、現場總線電動執行器
　　
　　現場總線電動執行器在原有電動執行器功能的基礎上，不僅實現了雙向通信、在線自動標定、自校正與自診斷等多種控制技術要求的功能，從而實現了作為現場總線控制系統一個節點的要求。
　　
　　目前，國內外電動執行器廠家相繼推出了帶現場總線通信協議的電動執行器，它們的總線類型主要有FF、Profibus。
　　
　　2.1應用優勢
　　
　　現場總線電動執行器與普通電動執行器相比，具有較大的優勢。帶通信協議的總線電動執行器需要使用的輔助設備少，無需任何隔離、轉換和輸入輸出模塊，同時減少大量信號電纜、電纜配件及相應的安裝和檢修工作。現場總線電動執行器具有雙向通訊功能，操作人員可只在控制室中對現場進行標定、參數設置、功能組態及在線監測、故障分析，操作維護。由于現場總線電動執行器帶有微處理器，可實現遠程編程、操作及設備的在線檢測和診斷，同時對于運行人員無法判斷的故障，設備廠家還可通過通訊接口進行遠程診斷。
　　
　　在電站自動化領域中，由于現場總線技術的應用還有待進一步深入和擴大，其穩定性還有待于時間的檢驗，所以對于采用現場總線電動執行器，應充分考慮電廠自動化系統的特征和現場總線電動執行器的優勢，以達到應有的效果。
　　
　　1）在電動執行器應用較多的電廠輔助系統，比如水系統中的工業水、生活水、消防水、廢水和單元機組中的開、閉式水系統，物理位置相對分散，且多為順序控制、聯鎖或單參數調節，可考慮采用現場總線電動執行器。
　　
　　2）現場總線電動執行器的通信協議必須與控制系統的通信協議相匹配，這是實現局部現場總線控制系統的基本條件。可根據主控制系統的類型來確定電動執行器的通信類型，如果控制器完成較為簡單的控制功能，則可根據性價比同時選擇控制器和電動執行器的通信類型。
　　
　　3）現場總線電動執行器物理地址的設定必須與控制器中的地址相對應，以防止產生作為被控對象的不同電動執行器的誤動和拒動，造成安全生產的嚴重事故。
　　
　　2.2AUMA現場總線電動執行器
　　
　　AUMAMATIC電動執行器為*一體化現場總線產品，其開關型電動執行器可以接受開、關、停數字量控制信號并能滿足DCS程序控制的要求，本體配置手輪和手／自動切換機構，通過現場控制面板可以進行Remote（遠方）、Off（停機）、Local（現場）的轉換，并且有“開、關、停”操作按扭和全開、全關位置到位指示燈及故障指示燈。電動執行器在失去電源或信號時，運行到全開、運行到全關、停在原位等三種保護功能，這些功能由用戶在現場設定。
　　
　　執行器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字量信號。執行器的控制和反饋信號可直接接收和送至DCS系統，中間不需要增加任何轉換和隔離設備。執行器配置一體式電源控制板，用戶只需提供動力電源，內部控制電源由執行器一體提供。
　　
　　作為Profibus-DP總線系統的從站，其從站地址可通過執行器本體上的液晶顯示器和按鈕進行設定和確認。
　　
　　三、AUMA現場總線電動執行器在寧海電廠一期工程中的應用
　　
　　在浙江國華寧海電廠一期工程中，AUMA現場總線電動執行器主要用于閉式循環水系統。在該系統中，閉式循環冷卻器、汽機潤滑油冷卻器進口、出口、旁路電動門等34個執行器采用了AUMA現場總線電動執行器。
　　
　　3.1應用的網絡架構
　　
　　根據電動執行器的位置分布和功能實現，應用中把這34個電動執行器分成了兩組，每組17個執行器，分別掛在不同的Profibus-DP總線上，總線網絡架構如圖（一）所示。　　
　　圖（一）為一組現場總線電動執行器的硬件配置結構，另一組的網絡及硬件配置與此*相同。17個執行器由Profibus-DP總線串聯接至光電轉換器OLM1，通過光纖傳輸，將總線上的信號傳送到電子間機柜中的OLM2，再經Profibus-DP將信號傳到通信、存儲模塊IM308C，zui后通過RS485總線到達控制處理器PA。PA作為底層處理器全部掛在工廠總線網，工程師站可通過工廠總線網對所有總線執行器進行組態。連接在終端總線網的操作員站可通過工廠總線網、PA對執行器進行開、關、停等操作。　　
　　OLM1布置于現場控制箱中，OLM2、IM308C及PA都布置于電子間DCS機柜中，具體布置如圖（二）電子間機柜內部配置圖。由于AUMA現場總線電動執行器的控制單元均配有雙通道Profibus-DP冗余總線接口，故主站PA及所有總線網絡硬件配置都是冗余的，進一步提高了系統運行的安全性。
　　
　　3.2控制操作的軟件
　　
　　作為現場總線電動執行器，其運行模式與普通執行器相比有一定的特殊性。用戶首先對安裝完畢的設備進行物理地址和閥門相關參數的設定，可通過執行器本體上的液晶顯示器和按鈕盤實現。
　　
　　在硬件結構建立后，用戶需在工程師站完成通信程序和系統組態軟件，寫入IM308C的存儲單元FLASHROM（快速可擦寫可編程只讀存儲器）中，包括對各個執行器物理地址與執行器本體的匹配設定和開、關、停控制及故障監控的實現。組態程序可看作工程師站的一個模塊，對執行器控制參數的設定及修改等操作均可通過該模塊完成。
　　
　　在組態完成、地址設定匹配后，啟動IM308C，運行位于FLASHROM中的用戶程序，建立網絡結構，通過對AUMA電動執行器上物理地址的確認建立各個網絡的連接，同時根據執行器廠家提供的設備描述文件讀取相應設備信息，實現各個設備的識別、從而實現執行器接收集控室的運行指令和反饋閥門狀態。執行器的閉環運算以及與其它設備間的聯鎖等開環運算，在主站AP中以10ms為周期進行，以數字量形式直接傳至AUMA執行器的PROFIBUS-DP接口，完成對電動執行器的控制。寧海電廠分散控制系統采用西門子eperm-XP，圖（三）所示為該系統的操作員站閉式循環水系統AUMAMATIC執行器的操作畫面，任何開、關、停操作zui后都必須以點擊綠色界面左下角“EXECUTE”鍵來完成操作內容。　　
　　3.3應用效果
　　
　　一種新型設備的應用，其優勢zui終在運行時得以檢驗。浙江國華寧海電廠2號、3號機組順利通過168小時*運行投產，所有AUMA現場總線執行器運行正常。通過現場總線與DCS的通信，AUMA電動執行器的開、關、故障等信息得以反饋，集控室操作員可根據實際運行要求對執行器進行遠程手操。當AUMA電動執行器故障時，可在工程師站將該節點從總線網絡中刪除以進行檢修，而不會影響總線上其他節點設備的運行與監控，與DCS控制模塊故障相比，大大提高了系統運行的安全性。
　　
　　與常規電動執行器比較，現場總線執行器在設計、安裝、調試的各個應用環節上體現著自己的優勢。在設計過程中，各電動執行器信號無需以硬接線形式單獨接入DCS卡件通道和開列常規電纜并計算長度，而只需以整個網絡為單位對總線的總長度進行估算，節省了大量電纜，施工時，無需考慮電纜的芯芯對接，而只需完成總線輸入和輸出的插拔式連接，減少了大量工作，并為維護和檢修提供便利，給總線執行器設定與工程師站匹配的物理地址且通信狀態良好，就表示調試完畢，大大減少了可能出現的調試問題和故障點。
　　
　　四、結語
　　
　　基于現場總線的電動執行器在寧海電廠機組閉式水系統局部的應用，其效果達到了預期值，但作為一種純數字自控技術，純粹由現場總線電動執行器組成總線網絡，現場智能設備形式較為單一且網絡系統涉及范圍狹窄。由于現場總線本身可以組成從底層到高層的通信和控制網絡，只是由現場總線構成的純數字控制系統在火電廠的應用還需要不斷試驗和工程實踐，這需要從業人員的不斷努力，在電廠工程中逐步擴大應用范圍和深度，充分發揮現場總線技術作為組合控制系統的集中優勢。