（光大环保（中国）有限公司）
摘要：阐述了现场总线控制技术在垃圾焚烧发电项目的研究进展，分析项目实施现场总线技术应用步骤和现场总线控制技术配置原则，并列举实例进行方案分析。
关键词：现场总线控制技术；生活垃圾；焚烧发电
前言
现场总线控制技术作为一种新兴技术，由此组成的控制系统—现场总线控制系统（FCS），引发了自动控制领域的革命。广东某垃圾焚烧发电项目（3×500吨/天台三菱马丁焚烧炉+2×15MW汽轮发电机组），率先与德国西门子公司合作，在垃圾焚烧发电项目上大规模应用现场总线技术，实现了国内首家垃圾焚烧发电项目大规模应用现场总线技术的先河。本人参与了整个项目的设计及实施。本文结合现场总线技术在垃圾焚烧发电项目的创新应用实例，对现场总线设计经验进行有益的尝试探讨，希望能为现场总线技术在类似项目中应用推广提供参考。
一、项目实施现场总线技术应用步骤简述
现场总线技术在项目中实施中，主要有以下主要步骤：
1）对全厂总线设计进行规划。
2）对DCS+FCS系统选型。
3）总线设备测试。
对不同协议不同型号的总线设备分类，对有意愿参与项目的厂商，要求厂商提供总线设备样机，配合DCS厂家在DCS的实验平台上做现场总线设备兼容测试及总线信息组态，DCS厂家出具相应的测试报告。上述工作一般要求在招标工作前完成。
4）总线设备硬、软件拓扑设计。
在设计院IO清册和设备清册定稿后，进行总线设备拓扑设计，针对现场总线系统设计进行联合设计，根据工程的特点和要求，在现场总线系统配置、网段划分、安全保护措施等方面做好调研，使系统设计可靠、合理。现场总线网段设计的好坏，是整个现场总线工程成败的关键。
根据工程设计进度，分别按汽机和锅炉两大系统召开多次现场总线设计联络会，通过设计联络会沟通，DCS厂家及设计院逐步完成现场总线DCS系统的硬件设计，硬件设计包括控制器柜（光电转换器、FF或DP卡件）、总线箱、总线电缆的现场敷设（桥接、穿管等）。
5）DCS系统出厂及复原
DCS复原时按出厂验收的项目及设备完成工作。由调试单位负责，DCS厂家配合。
6）现场安装、调试工作
经验证明，在现场调试过程中的85%的问题出现在安装过程中，所以要经常介入接线安装工作中，对发现的问题要求及时整改不留后患。
二、现场总线控制技术配置原则
项目首先经过技术交流及市场调研，确立了采用现场总线技术的思路，考虑到垃圾焚烧发电机组控制系统的特点和要求，采用DCS+FCS的现场总线方案，配置现场总线设备诊断和设备管理软件，充分发挥FCS 的优越性。项目统筹兼顾工程风险、技术创新及建设成本，将纳入现场总线系统设备分类，确定以下总线配置原则：
3炉2机用于测量系统设备的压力、差压、液位、流量等变送器，选择具有PROFIBUS-PA 协议的变送器，全部纳入现场总线系统，重要信号全部考虑冗余环网配置。
单个电磁阀一般不建议采用现场总线；多个电磁阀较集中地域可考虑使用总线型阀岛实现。温度：仍采用常规 I/O 模件，部分纳入现场总线系统。
单个电磁阀不建议采用现场总线；多个电磁阀较集中地域可考虑使用总线型阀岛实现开关量 DAS 设备一般不建议纳入现场总线系统（压力开关、流量开关等）3炉2机电动执行机构控制单元：用于控制电动调节阀门和全开全关型电动阀门使用支持PROFIBUS-DP 协议的现场总线设备；纳入现场总线系统。重要执行机构全部考虑冗余环网配置。
380V 电动机控制和保护单元：用于控制 380V 电动机（包括变频、马达控制器，使用支持PROFIBUS-DP 协议的现场总线设备）纳入现场总线系统。
10KV 电动机控制和保护单元：用于控制10KV 电动机，考虑目前高压电气测控单元各品牌兼容性不好，建议采用硬接线方式接入DCS。
智能分析仪表：尽量纳入现场总线系统。
气动阀门定位器：用于控制气动调节阀门，纳入现场总线系统。
烟气处理系统：烟气仪表及阀门均纳入现场总线系统。
焚烧炉排控制盘及燃烧器系统：由于是进口设备，仍采用硬接线进DCS。
锅炉吹灰系统：DI、DO点较多，采用在现场设置远程IO柜，温压流，电动阀门采用总线形式接入。
空压机系统，采用DP总线形式接入DCS系统
化学水系统，设置远程IO柜在现场，接入DCS系统。
脱硝系统：由于是进口设备，设置远程IO柜接入DCS系统。
渗滤液泵系统、干污泥输送系统有防爆要求的系统，全部采用总线形式接入DCS系统。
循环水泵房和清水泵房设置远程IO柜在现场，仪表、电动阀门，马达保护器均纳入总线系统。
汽机DEH\TSI\ETS系统采用常规方式实现，SOE硬接线接入DCS系统。
采用现场总线仪表设备诊断和管理软件，对 FCS 网络、设备进行诊断和管理。
三、项目实施实例：
1）DCS+FCS系统方案概述
本项目建设规模为3台500t/d的垃圾焚烧炉+2台15MW的汽轮发电机组，采用一套以西门子PCS7为核心的DCS+FCS系统（包括相关的控制站柜、I/O柜、继电器柜、总线接线箱等）。
整个控制系统DCS系统及FCS系统建立在三层网络结构上：信息层（工业以太网）、控制层和设备层。整个系统平台基于SMATIC PCS7控制系统，具有统一的网络结构，统一的硬件配置，统一的数据库系统和统一的组态环境。系统扩展灵活方便，总共分为三层，分别为信息层、控制层、设备层，设备层现场总线可分为二种，要求如下：
1、FCS总线系统与现场仪表之间的通讯采用Profibus-PA通信媒介为屏蔽双绞线电缆。
2、FCS总线系统与具有冗余Profibus-DP 接口的电动阀及调节阀的通讯，及有Profibus-DP接口变频器通讯，通信速率12Mbps，通信媒介为屏蔽双绞线电缆。
DCS系统主要有工程师站、操作站、服务器、控制站、远程IO站、网络通讯及与其它系统的通讯接口等。其中工程师站、操作站及所配置的相应操作设备安装在相应控制室的操作台上，控制站与I/O卡件、继电器安装在机柜室内的机柜中。
DCS系统的主要硬件有工程师站及其外设、操作站及其外设、控制器 AS410H及相应的分布式I/O组件（ET200M）与PLC等其它系统进行通讯的Profibus接口、Modbus RTU接口和OPC接口等。
FCS系统主要通过Profibus冗余双总线通讯方式 具有冗余通讯接口的电动阀及调节阀等智能设备，并通过Y-Link 总线耦合器器接入DP智能控制设备（变频器、马达保护器、软启动器等），通过DP/PA Link 耦合器方式接入PA 总线现场仪表，其中有总线线箱安接装在仪表设备柜现场。DCS+FCS网络结构图如下：
图1 DCS+FCS系统网络结构图
2）DCS控制系统方案
本DCS系统充分考虑了系统的可靠性、可扩展性和开放性，根据控制分散要求、I/O点数和系统设计概念，DCS系统配置了7套S7-410H冗余控制站，3套控制锅炉部分，2套控制汽机部分，2套控制电气及公用部分，5套远程ET200 IO 站。
3）FCS现场总线技术设计方案
本工程DCS 控制器，通过配置2路冗余PROFIBUS-DP 主干网络，实现与现场总线Profibus-PA的无缝结合，适用范围包括部分监测、控制（温度、压力、流量、液位等）
FCS系统主要通过Profibus-DP冗余双总线通讯方式 具有冗余Profibus-DP通讯接口的电动阀及调节阀等智能设备通讯，并通过Y-Link 总线耦合器器接入DP智能控制设备（变频器、软启动器等），通过DP/PA Link 耦合器方式接入PA 总线现场仪表。本工程FCS 共配置25套总线接线箱，安装在仪表设备柜现场。
1.锅炉部分：每套锅炉配置如下（共3套锅炉）：
锅炉侧控制器配置2对冗余PROFIBUS-DP 主干，通过OLM（G11）光电转换接人FCS 系统。配置9对中继器实现9段PROFIBUS-DP网段，配置1套Y_Link，连接变频器、软启动器、马达保护器，配置4套 DP/PA Link 耦合器 实现8段PA 网段，配置4总线接线箱详见下图：
锅炉侧 FCS网络配置图
3.公用系统：公用配置如下：（共2套）
公用一控制器配置2对冗余PROFIBUS-DP 主干，通过OLM（G11）光电转换接人FCS 系统。配置9对中继器实现9段PROFIBUS-DP网段，配置4套 DP/PA Link 耦合器 实现8段PA 网段，配置4总线接线箱 详见下图：公用系统侧FCS网络配置图
1）设备管理软件
为了发挥现场总线技术的本质性优越性，配置性能优良的现场总线仪表和设备诊断、维护、管理软件。通过设备管理软件应能够对现场总线仪表、设备进行诊断、监视、参数设定和调整、校验等。
总结
通过在垃圾焚烧发电项目实行现场总线控制技术，凭借强大的FCS支持功能和丰富的智能现场仪表和设备，将DCS 信息采集、诊断监控范围大大扩展，使企业对机组的科学管理上一个新的台阶。实践证明，只要准备充分，设计合理，能明显缩短工程建设阶段电仪专业的安装及调试时间。该项目在2015年6月顺利投入商业运营，目前总线设备运行稳定，反应良好。证明现场总线控制技术可靠，完全可以在垃圾焚烧发电项目上推广应用。
论文作者:牛文台
论文发表刊物:《河南电力》2018年13期
论文发表时间:2018/12/27
标签：系统论文; 总线论文; 现场总线论文; 设备论文; 冗余论文; 现场论文; 项目论文; 《河南电力》2018年13期论文;