摘要：介绍了现场总线的特点和应用现状，从现场总线系统的完整性、通信问题设备故障处理、冗余问题、信号干扰几个方面对重庆两江新区华能燃机电厂现场总线使用过程中出现的问题进行了的分析，并给出相应的对策和优化方法，希望给应用现场总线的发电企业一定的参考。
关键词：火电厂；现场总线；控制
1、引言
目前我国发电厂建设中现场总线技术（FCS）已经得到广泛应用，是自动化技术的热点和发展趋势。发电厂通过全面引进现场总线技术，从根源上实现了综合运行成本的降低，整个发电系统具有了更好的运行成效。但实际应用中，很多技术人员对调试现场总线涉及的有关技术还没有很好的掌握和理解，影响了总线性能的发挥，在总体上总线调试效率并没有得到很大提高。
2、现场总线特点和应用现状
2.1总线类型选择
现场总线是数字化的、双向通信的智能化控制系统，是将各控制器级智能现场设备互联构成的控制系统，由分散控制系统（DCS）发展而来。FCS将部分控制任务下放至现场，利用全数字化的串行通信实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程控制器（PLC）和PC之间的数据传输，极大的简化了现场控制系统的安装调试。
发电厂应用的现场总线技术主要有过程现场总线（PROFIBUS）和基金会现场总线（FF）。PROFIBUS可以同时用于模拟量和开关量信号的采集和控制，应用PROFIBUS-DP的设备有电动机、电动阀门和电磁阀岛，应用PROFIBUS-PA的设备有变送器、分析仪表和定位器。FF一般用于模拟量信号的采集和控制，主要应用的设备有变送器、分析仪表和定位器。
2.2应用现状
目前以现场总线为基础，利用先进的计算机网络通讯技术、控制技术来实现企业生产信息、控制信息、安全信息和管理信息的集成，在电力系统已经得到广泛的应用。现场总线是将自动化最底层（基础和过程自动化层）的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，是电厂网络底层。现场总线的分散化，有效降低了系统的故障率，并为电力系统实现遥控、遥视及综合自动化提供了可能。
图2.1综合信息系统三层结构
在实际应用中，现场总线的应用还存在一定的问题，比如功能单一和实现标准不统一，当在不同的现场环境下使用基于现场总线的电力综合信息系统时，还需要使用不同类型的现场总线，同时多类型现场总线的使用又使得整个控制系统看起来混乱无序，对现场总线类型的选择也有一定的难度。
3、现场总线控制问题及对策
3.1总线设备安装规范化
现场总线安装时应遵照国家能源局发布的《火力发电厂现场总线设备安装技术导则》（DLT 1212-2013）进行检查和操作。现场总线以及连接在现场总线通信网络上的各类现场总线仪表、现场总线执行设备、通信组件和连接件等，要保证协议版本统一，外观完整、附件齐全，并按设计规定检查其型号、规格和材质，安装时避免撞击和振动，安装后牢固、平稳。
3.2现场通信故障及对策
现场总线在使用过程中对通信信号有一定的电平质量要求，当通信电平质量低于下限时可能会对总线通信产生影响。为了改善现场通信电平质量，可以采取以下措施：
检查就地电动执行机构的总线通信板，发现个别总线通信板存在质量问题时进行个别更换；增加中继器，将不同设备放在不同的段内，减小DP总线长度，分散控制风险。
现场挂接设备越多，通信速率越快，系统负荷越多，系统抗干扰能力就越差，出现通信故障的几率就越多，因此，应注意确保卡件质量与通信参数正确并充分考虑电磁兼容问题。
3.3现场设备故障处理及优化
由于不同的PROFIBUS设备具有不同的性能特点，为了达到即插即用的配置，PROFIBUS设备的特性需要在电子设备数据库文件（GSD）中进行具体说明。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一的总线系统中，因此现场总线设备发生故障时的替换与传统DCS不同，主要有两种替换方式：
替换设备与故障设备的类型、型号、规格、生产厂家一直且不用更换GSD文件，替换后控制组态无需修改。
替换设备与故障设备的类型、型号、规格、生产厂家不完全一致、GSD文件不同、替换后需要DCS重新组态和调试。故障设备与类型/规格相同的不同厂家设备或同一厂家但类型规格不同的设备替换后，简单调试将无法使其正常工作，原因在于现场总线智能设备的GSD文件不同，设备的信号定义也就不同，没有统一的标准和规范。
针对故障替换问题，可以针对现场总线智能设备制定信号传输规范，明确同一类型/规格设备的传输信号种类、数量和信号传动顺序等，使同一种类型/规格的现场总线智能设备的传输信号种类和传送顺序一致。
3.4冗余问题及对策
对于H1层网络，原DCS冗余控制器的所有功能都分散到各个现场智能仪表中，危险已经完全分散，一个现场智能仪表的故障只影响到本身或相关的少量智能设备，其影响范围远低于DCS冗余控制器故障的涉及面，就地智能仪表的功能块设计可保证故障时相关智能设备置于安全位，因此每个现场智能仪表是不需要CPU 冗余的。采用现场总线后取消了大量的控制电缆，现场总线的保护措施可以提高，降低了H1的故障率，所以H1层网络不采用冗余方式是可以接受的。但是由于没有冗余功能，所以一旦总线故障，虽然可以完全依靠就地来完成功能调节，却无法让运行人员监视到全系统运行状况，所以要想达到安全的目的，冗余设计是很有必要的。为了解决这一问题，可以进行一下优化措施：
对现场总线网络进行合理规划，将互为备用或互为冗余的点分散在不同的I/O卡件上；
将互为备用的现场设备挂接在不同的现场总线上，以解决设备运行和检修的可靠性问题。
3.5现场总线信号干扰的优化处理
信号在电缆中传输时，任何附加的电阻、电容以及线路终端等都会引起信号反射，产生信号干扰，特别是在高速率传输时更加严重。有两种原因因导致信号反射，即阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续的情况是信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。消除这种反射的方法，是在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
对于数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中，对于比较小的反射信号，可以采用加偏置电阻的方法。
4、总结
本文从实际应用角度出发，对现场总线在发电厂应用中出现的几个关键问题进行了分析。随着现场总线技术的不断完善，通信协议也将逐步统一规范，真正实现开放性及互操作性。现场总线技术将会在电厂自动控制系统中得到更多的普及应用，这是自动化控制技术发展的方向。
参考文献：
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[2]王丽丽，沈铁志等，国产现场总线控制系统在国内大型百万火电机组的首次成功应用[J]，自动化博览，2016，33（2）
[3]梁涛，火力发电厂现场总线控制系统应用设计[J]，电力电气，2016，8（35）
论文作者:徐国彬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：现场总线论文; 设备论文; 信号论文; 现场论文; 冗余论文; 总线论文; 通信论文; 《电力设备》2018年第31期论文;