基于現場總線的電動執(zhí)行機構在電站工程的應用研究

　　2 基于現場總線的電動執(zhí)行機構

　　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專用微處理器置入傳統的測量控制儀表，并按公開、規(guī)范的通信協議把它們連接成網絡，形成適應各種實際需要的自動控制系統。

　　現場總線電動執(zhí)行機構在原有電動執(zhí)行機構功能的基礎上，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功能，從而實現了現場總線控制系統一個節(jié)點。

　　2.1 Profibus DP總線技術

　　目前，基于現場總線的電動執(zhí)行機構種類很多，它們應用的總線協議主要包括Foundation Fieldbus、Profibus、CAN等。Profibus作為一種國際性的開放式現場總線，包含三個兼容版本:高速通信的Profibus DP、本安型Profibus PA以及用于系統級和車間級的Profibus FMS。Profibus既可用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、執(zhí)行機構等其它現場設備。

　　Profibus DP屬于底層控制網絡，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之間通信設計，廣泛應用于分布式控制系統的高速數據傳輸。Profibus DP按照設備的功能特點將設備分為三種類型: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(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以及對設備級分散I/O控制的獨特優(yōu)勢，使它在國內外電力行業(yè)過程控制中廣泛應用。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(jié)，可采用PLC或DCS監(jiān)控，所以Profibus DP的應用成為必然，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(huán)、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。在國內電站的輔助系統中，四川廣安電廠的水處理系統、連云港新海發(fā)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[2]。

　　2.2 現場總線電動執(zhí)行機構的應用優(yōu)勢與注意問題

　　現場總線電動執(zhí)行機構與普通電動執(zhí)行機構相比，具有較大的優(yōu)勢。帶通信協議的總線電動執(zhí)行機構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(zhí)行機構具有雙向通訊功能，操作人員可在控制室進行標定、參數設置、功能組態(tài)及在線監(jiān)測和故障分析，操作維護異常便利;由于現場總線電動執(zhí)行機構帶有微處理器，對于運行人員無法判別的故障，設備廠家可通過通訊接口進行遠程診斷。

　　在電站自動化領域，由于現場總線技術的應用還有待進一步深入和擴大，其穩(wěn)定性還有待于時間的檢驗，所以對于采用現場總線電動執(zhí)行機構，應充分考慮電站自動化系統的特征和現場總線電動執(zhí)行機構的優(yōu)勢，以期達到應有的效果。

　　(1) 在電動執(zhí)行機構應用較多的電站輔助系統，比如水系統中的工業(yè)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(jié)，可采用現場總線電動執(zhí)行機構;

　　(2) 現場總線電動執(zhí)行機構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(zhí)行機構的通信類型，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(zhí)行機構的通信類型;

　　(3) 現場總線電動執(zhí)行機構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(zhí)行機構的誤動和拒動，從而給安全生產帶來嚴重后果。

　　3 應用實例

　　在浙江國華寧海電廠一期工程中，現場總線電動執(zhí)行機構主要用于機組閉式循環(huán)水系統。在該系統中，閉式循環(huán)冷卻器、汽機潤滑油冷卻器進口、出口、旁路電動門等34個執(zhí)行機構采用了AUMA現場總線電動執(zhí)行機構。

　　3.1 AUMA現場總線電動執(zhí)行機構

　　AUMA MATIC電動執(zhí)行機構為原裝進口一體化現場總線產品，其開關型電動執(zhí)行機構可以接受開、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(zhí)行機構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可由用戶在現場設定。執(zhí)行機構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(zhí)行機構提供。執(zhí)行機構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(zhí)行機構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。作為Profibus DP總線系統的從站，其從站地址可通過執(zhí)行機構本體上的液晶顯示器和按鈕進行設定和確認。

　　3.2 網絡硬件架構

　　根據電動執(zhí)行機構的位置分布和功能實現，應用中把這34個電動執(zhí)行機構分成了兩組，每組17個執(zhí)行機構，分別掛在不同的Profibus DP總線上，總線網絡架構如圖1所示。

圖1 AUMA現場總線電動執(zhí)行機構網絡構