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摘要：本文介绍了数字化电厂的结构和特点，并结合国内大型数字化火电机组的设计，讲述了现场总线技术是数字化电厂建设的基础，从现场总线的规划方案、现场总线设备的应用范围及设备状态和诊断信息的采集利用三方面分析了该技术在大型火电机组热工维护中起到的作用，对于最终实现火力发电站现代化的运营和管理，提高发电效率和人均产值有指导性的意义。
关键词：数字化电厂；现场总线；FDT/DTM技术
0 引言
神华神东电力重庆万州港电有限责任公司全面贯彻“自动化、智能化、数字化、集约化、社会化”的建设方针，将打造“国内第一、世界一流”发电厂作为建设目标，围绕“五化”建设方针，公司一期2×1050MW新建机组全厂采用现场总线技术作为基础，实现数字化电厂控制方案。单台机组（不包括脱硫系统、辅助系统、公用系统）采用总线技术的热控设备约1200多台，是目前国内现场总线应用最为广泛的电厂。
1 现场总线规划方案
除机组保护相关设备外全面采用现场总线控制技术以实现数字化电厂控制方案，基本测控对象流量、温度、料位、压力等变化缓慢，不要求快速响应时间，但要求复杂的模拟量处理能力的设备采用Profibus-PA通信协议，需要有快速巡回检测和快速控制能力的设备采用Profibus-DP通信协议。
大型火力发电机组连续安全稳定运行是至关重要的，而控制系统的可靠性是保证机组可用率的重要因数。为了提高系统的可靠性，采用现场总线技术（PROFIBUS）的设备则需要通过科学的网段划分配置保证安全及稳定，具体的网段划分至少满足以下原则：
1）Profibus PA现场总线网段拓扑结构采用树型加分支的组合形式；Profibus DP现场总线网段拓扑采用冗余总线型。
2）现场总线网段拓扑设计时单点故障不能影响整个网段的正常运行。
3）互为备用的现场仪表及相关驱动装置应接入不同网段；控制阀门和其旁路阀门（如有）应连接到不同的现场总线网段；控制逻辑相关（同一控制回路中）的仪表和控制对象原则上挂接在同一总线网段上。控制系统的设计应根据工艺流程的控制特点，合理配置总线数量和挂接的现场设备，以确保任何一条总线故障时，只产生工艺系统的局部故障，不会引起机组的危急状态，造成整个工艺系统停运，并将这一影响限制在最小。
2 现场总线设备的应用范围
神华神东电力重庆万州港电有限责任公司采用的是ABB Symphony Plus 现场总线控制系统，通信协议采用的是Profibus-DP和PA。单元机组和公用系统配置Profibus通信主站154对，设计Profibus-DP网段168个，Profibus-PA网段230个；两台单元机组加公用系统采用现场总线控制的热控设备2909套，这些现场总线设备在常规I/O点基础上，扩展了设备诊断、状态及内部参数等数据点。现场总线设备类型包括变送器、电动执行机构、气动定位器、液位计等各种热控设备，分布到了所有个工艺系统当中。表1详细给出采用现场总线设备的工艺系统和应用比例。
从表1中可以看出，该电厂现场总线技术的应用在主机范围内近60%，是目前国内大型火电机组现场总线技术范围最广、采用Profibus现场总线设备数量最多的工程项目。整体的现场总线设备网络拓扑结构如图1所示。
图1 现场总线设备网络拓扑结构
3 现场总线设备信息的开发和应用
现场总线技术的关键优点在于突破了传统DCS对现场信号“点对点”的单向传输模式，使现场仪表、设备能够与通信主站和控制系统实
现双向数据传输。丰富的实时数据需要开发软件进行处理、分析和综合，使之成为有用信息，实现高层次的设备诊断、管理和优化功能 。
ABB Symphony Plus 现场总线控制系统的通信主站除了可以完成对智能型设备的基本控制和数据采集外，还能读取设备的状态信息和诊断信息帮助热工检修人员进行设备维护，另外通过FDT/DTM设备管理技术实现对设备远程修改参数和读取相关的产品及维护信息。
3.1 现场总线设备状态及诊断信息的采集和利用
火电机组主要应用的热控设备为电动执行机构和变送器，现场总线型的变送器除了采集测量值外通常还包含有：设备状态、限值状态、传感器状态、数据状态、环境温度、维护信息等，通过这些信息可帮助检修人员判断目前变送器的实际情况，可以及时反应出测量值是否真实可靠，当出现问题后，可以通过状态信息定位问题原因，常见问题为传感器故障，加速了检修人员判断问题的时间。
现场总线型的电动执行机构除了对设备的基本控制和读取开关状态及位置反馈外通常包含有：供电故障、开/关过力矩、处于故障安全模式、电子单元故障、手轮操作、方向监控、电机过热、电机过流、电机堵转、综合报警等信息，在正常运行中，若设备出现异常，可先通过以上的报警信息对设备故障类型进行判断，明确故障原因，从而提高检修效率，其中开/关过力矩、电机过热和电机堵转为常见故障原因，通过设备的状态信息可及时发现具体问题，而综合报警信息可让检修人员了解到目前设备的已处于危险状态需要采取检修措施，避免故障的发生。
3.2 FDT/DTM设备管理技术
ABB Symphony Plus 现场总线控制系统所采用的FDT/DTM技术是国际通用现场总线设备管理技术，该技术可远程对现场总线型设备进行远程修改参数和读取相关的产品及维护信息。
现场总线型的变送器的在FDT/DTM管理界面中可看到设备产品的相关信息，这些信息可帮助电厂检修人员在今后更换设备时使用，还能通过远程修改变送器的单位、量程等信息到达远程校表的目的，在管理界面中还包含设备更多的诊断及维护信息，提示设备当前工作的状态并对设备的质量进行判断。
现场总线型的电动执行机构的在FDT/DTM管理界面中可看到设备产品的相关信息，如版本号、生产批次等，这些信息可帮助电厂检修人员在今后更换设备时使用，还能查询运行时间、开关次数、力矩曲线分析、力矩和死区值的修改等，其中运行时间和开关次数可根据设备特性，对设备进行提前检修，避免故障发生，而力矩的曲线分析可对设备的应用情况进行判断，查询力矩设置是否合理，以便对设备进行调试，使得设备最合理的使用，不会出现力矩过大或过小的情况，再配合上对力矩/死区等值远程修改的功能，使得设备在工程师站便可进行调试，方便了检修和维护人员，提高了工作效率。
3.3 现场总线设备信息的综合利用
在ABB Symphony Plus 现场总线控制系统中将FDT/DTM设备管理技术与设备的状态信息和诊断信息相结合才能真正实现对现场总线设备的智能化控制和管理。
现场总线型的设备首先通过状态及诊断信息判断设备的质量统计故障率，若变送器的测量值出现偏差或异常则可通过FDT/DTM设备管理技术远程对设备进行校验，而电动执行机构若发现由于力矩不合适导致设备无法正常动作或死区、故障安全位置参数配置不合理则可通过FDT/DTM设备管理技术远程对设备的参数进行修改，从而达到设备远程检修的目的，提高了电厂热工人员的设备维护效率。
综上所述，合理对现场总线设备的信息进行开发和应用则可真正实现生产过程的数字化控制，和建立数字化的信息平台，为实现数字化电厂打造坚实的基础。
4 结论
数字化电厂最终是要实现数字化管理，从而实现企业经济效益的最大化。根据数字化电厂的结构模型可以看出生产过程数字化是上层结构的基础，有效通过现场总线技术提供设备运行的实时信息和基础数据，建立数字化的信息平台，再结合先进的管理理念和管控一体化系统，国内某大型火力发电厂最终能实现“自动化、智能化、数字化、集约化、社会化”的建设方针，打造“国内第一、世界一流”的发电厂。
参考文献
[1]电力行业热工自动化技术委员会。《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》.中国电力出版社，2010-7-10
作者简介：王海涛（1975-），男，河南南阳，工程师，热工主管，一直从事电厂热工设备管理工作。
关键词：数字化电厂；现场总线；FDT/DTM技术
0 引言
神华神东电力重庆万州港电有限责任公司全面贯彻“自动化、智能化、数字化、集约化、社会化”的建设方针，将打造“国内第一、世界一流”发电厂作为建设目标，围绕“五化”建设方针，公司一期2×1050MW新建机组全厂采用现场总线技术作为基础，实现数字化电厂控制方案。单台机组（不包括脱硫系统、辅助系统、公用系统）采用总线技术的热控设备约1200多台，是目前国内现场总线应用最为广泛的电厂。
1 现场总线规划方案
除机组保护相关设备外全面采用现场总线控制技术以实现数字化电厂控制方案，基本测控对象流量、温度、料位、压力等变化缓慢，不要求快速响应时间，但要求复杂的模拟量处理能力的设备采用Profibus-PA通信协议，需要有快速巡回检测和快速控制能力的设备采用Profibus-DP通信协议。
大型火力发电机组连续安全稳定运行是至关重要的，而控制系统的可靠性是保证机组可用率的重要因数。为了提高系统的可靠性，采用现场总线技术（PROFIBUS）的设备则需要通过科学的网段划分配置保证安全及稳定，具体的网段划分至少满足以下原则：
1）Profibus PA现场总线网段拓扑结构采用树型加分支的组合形式；Profibus DP现场总线网段拓扑采用冗余总线型。
2）现场总线网段拓扑设计时单点故障不能影响整个网段的正常运行。
3）互为备用的现场仪表及相关驱动装置应接入不同网段；控制阀门和其旁路阀门（如有）应连接到不同的现场总线网段；控制逻辑相关（同一控制回路中）的仪表和控制对象原则上挂接在同一总线网段上。控制系统的设计应根据工艺流程的控制特点，合理配置总线数量和挂接的现场设备，以确保任何一条总线故障时，只产生工艺系统的局部故障，不会引起机组的危急状态，造成整个工艺系统停运，并将这一影响限制在最小。
2 现场总线设备的应用范围
神华神东电力重庆万州港电有限责任公司采用的是ABB Symphony Plus 现场总线控制系统，通信协议采用的是Profibus-DP和PA。单元机组和公用系统配置Profibus通信主站154对，设计Profibus-DP网段168个，Profibus-PA网段230个；两台单元机组加公用系统采用现场总线控制的热控设备2909套，这些现场总线设备在常规I/O点基础上，扩展了设备诊断、状态及内部参数等数据点。现场总线设备类型包括变送器、电动执行机构、气动定位器、液位计等各种热控设备，分布到了所有个工艺系统当中。表1详细给出采用现场总线设备的工艺系统和应用比例。
从表1中可以看出，该电厂现场总线技术的应用在主机范围内近60%，是目前国内大型火电机组现场总线技术范围最广、采用Profibus现场总线设备数量最多的工程项目。整体的现场总线设备网络拓扑结构如图1所示。
图1 现场总线设备网络拓扑结构
3 现场总线设备信息的开发和应用
现场总线技术的关键优点在于突破了传统DCS对现场信号“点对点”的单向传输模式，使现场仪表、设备能够与通信主站和控制系统实
现双向数据传输。丰富的实时数据需要开发软件进行处理、分析和综合，使之成为有用信息，实现高层次的设备诊断、管理和优化功能 。
ABB Symphony Plus 现场总线控制系统的通信主站除了可以完成对智能型设备的基本控制和数据采集外，还能读取设备的状态信息和诊断信息帮助热工检修人员进行设备维护，另外通过FDT/DTM设备管理技术实现对设备远程修改参数和读取相关的产品及维护信息。
3.1 现场总线设备状态及诊断信息的采集和利用
火电机组主要应用的热控设备为电动执行机构和变送器，现场总线型的变送器除了采集测量值外通常还包含有：设备状态、限值状态、传感器状态、数据状态、环境温度、维护信息等，通过这些信息可帮助检修人员判断目前变送器的实际情况，可以及时反应出测量值是否真实可靠，当出现问题后，可以通过状态信息定位问题原因，常见问题为传感器故障，加速了检修人员判断问题的时间。
现场总线型的电动执行机构除了对设备的基本控制和读取开关状态及位置反馈外通常包含有：供电故障、开/关过力矩、处于故障安全模式、电子单元故障、手轮操作、方向监控、电机过热、电机过流、电机堵转、综合报警等信息，在正常运行中，若设备出现异常，可先通过以上的报警信息对设备故障类型进行判断，明确故障原因，从而提高检修效率，其中开/关过力矩、电机过热和电机堵转为常见故障原因，通过设备的状态信息可及时发现具体问题，而综合报警信息可让检修人员了解到目前设备的已处于危险状态需要采取检修措施，避免故障的发生。
3.2 FDT/DTM设备管理技术
ABB Symphony Plus 现场总线控制系统所采用的FDT/DTM技术是国际通用现场总线设备管理技术，该技术可远程对现场总线型设备进行远程修改参数和读取相关的产品及维护信息。
现场总线型的变送器的在FDT/DTM管理界面中可看到设备产品的相关信息，这些信息可帮助电厂检修人员在今后更换设备时使用，还能通过远程修改变送器的单位、量程等信息到达远程校表的目的，在管理界面中还包含设备更多的诊断及维护信息，提示设备当前工作的状态并对设备的质量进行判断。
现场总线型的电动执行机构的在FDT/DTM管理界面中可看到设备产品的相关信息，如版本号、生产批次等，这些信息可帮助电厂检修人员在今后更换设备时使用，还能查询运行时间、开关次数、力矩曲线分析、力矩和死区值的修改等，其中运行时间和开关次数可根据设备特性，对设备进行提前检修，避免故障发生，而力矩的曲线分析可对设备的应用情况进行判断，查询力矩设置是否合理，以便对设备进行调试，使得设备最合理的使用，不会出现力矩过大或过小的情况，再配合上对力矩/死区等值远程修改的功能，使得设备在工程师站便可进行调试，方便了检修和维护人员，提高了工作效率。
3.3 现场总线设备信息的综合利用
在ABB Symphony Plus 现场总线控制系统中将FDT/DTM设备管理技术与设备的状态信息和诊断信息相结合才能真正实现对现场总线设备的智能化控制和管理。
现场总线型的设备首先通过状态及诊断信息判断设备的质量统计故障率，若变送器的测量值出现偏差或异常则可通过FDT/DTM设备管理技术远程对设备进行校验，而电动执行机构若发现由于力矩不合适导致设备无法正常动作或死区、故障安全位置参数配置不合理则可通过FDT/DTM设备管理技术远程对设备的参数进行修改，从而达到设备远程检修的目的，提高了电厂热工人员的设备维护效率。
综上所述，合理对现场总线设备的信息进行开发和应用则可真正实现生产过程的数字化控制，和建立数字化的信息平台，为实现数字化电厂打造坚实的基础。
4 结论
数字化电厂最终是要实现数字化管理，从而实现企业经济效益的最大化。根据数字化电厂的结构模型可以看出生产过程数字化是上层结构的基础，有效通过现场总线技术提供设备运行的实时信息和基础数据，建立数字化的信息平台，再结合先进的管理理念和管控一体化系统，国内某大型火力发电厂最终能实现“自动化、智能化、数字化、集约化、社会化”的建设方针，打造“国内第一、世界一流”的发电厂。
参考文献
[1]电力行业热工自动化技术委员会。《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》.中国电力出版社，2010-7-10
作者简介：王海涛（1975-），男，河南南阳，工程师，热工主管，一直从事电厂热工设备管理工作。