基于現(xiàn)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(xiàn)場總線的電動執(zhí)行機構

　　現(xiàn)場總線技術是指現(xiàn)場設備與自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、雙向、多點通信的自控技術。它將具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力的專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議把它們連接成網絡，形成適應各種實際需要的自動控制系統(tǒng)。

　　現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一個節(jié)點。

　　2.1 Profibus DP總線技術

　　目前，基于現(xiàn)場總線的電動執(zhí)行機構種類很多，它們應用的總線協(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(tǒng)級和車間級的Profibus FMS。Profibus既可用于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)的高速數(shù)據(jù)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(xiàn)場智能I/O設備。根據(jù)用戶的功能需求，Profibus DP允許構成單主或多主系統(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(lián)鎖和單參數(shù)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(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)和機組協(xié)調等對安全性沒有特殊要求的現(xiàn)場控制中采用了Profibus DP現(xiàn)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(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機組的DCS改造均采用了Profibus DP現(xiàn)場總線技術，并且取得了良好的效果[2]。

　　2.2 現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構的應用優(yōu)勢與注意問題

　　現(xiàn)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(xié)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構，應充分考慮電站自動化系統(tǒng)的特征和現(xiàn)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(tǒng)，比如水系統(tǒng)中的工業(yè)水、生活水、消防水、廢水和單元機組中的開、閉式水系統(tǒng)，物理位置相對分散，且多為順序控制、聯(lián)鎖或單參數(shù)調節(jié)，可采用現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構;

　　(2) 現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構的通信協(xié)議必須與控制系統(tǒng)的通信協(xié)議相匹配，這是實現(xiàn)局部現(xiàn)場總線控制系統(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(jù)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(xiàn)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(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構主要用于機組閉式循環(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(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構。

　　3.1 AUMA現(xiàn)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(xiàn)場總線產品，其開關型電動執(zhí)行機構可以接受開、關、停數(shù)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(xiàn)場控面板可以進行Remote(遠方)、Off(停機)、Local(現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)，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(shù)字量信號。作為Profibus DP總線系統(tǒng)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(jù)電動執(zhí)行機構的位置分布和功能實現(xiàn)，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(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構網絡構