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摘要：现场总线技术，以其智能化和先进性，成为自动化控制系统的发展主流。文章重点讨论了现场总线在宁夏鲁能鸳鸯湖电厂的具体应用原则，并以ABB公司的DCS系统为例，介绍了现场总线在火电厂600MW空冷超临界机组的具体应用。
关键词：现场总线；宁夏鲁能鸳鸯湖电厂；控制系统
中图分类号：TM621.2文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0034-02
现场总线技术，即采用总线的方式连接现场智能设备，将数字化延伸到变送器、执行机构等现场设备，实现提升控制品质、智能化设备管理、降低施工成本和周期和未来的维护成本的目的。目前，现场总线技术在石化行业已有广泛的应用，如上海赛科。但在国内电力行业，现场总线技术虽有应用，但多停留在过程测点监视方面，控制回路应用极少。
本文结合宁夏鲁能鸳鸯湖电厂采用的ABB公司现场总线技术，详细介绍了现场总线600 MW火力发电机组具体应用案例。
1总线标准介绍
现场总线技术是目前自动化领域最先进成熟的技术之一。其概念一经提出，各国际大公司都致力于发展自己的现场总线标准，以期在未来的竞争中占得先机。截至目前为止，现场总线的标准已经有40多种。但就电力行业而言，广泛采用的现场总线标准是FF、Profibus、DeviceNet等，而宁夏鲁能鸳鸯湖电厂2号机组所采用的现场总线技术为FF总线和Profibus总线技术。
现场总线总的应用原则是：保证安全可靠的前提下，兼顾经济性；合适的地方用合适的总线技术。无论哪种总线技术都无法涵盖电厂中的所有设备类型，因此电厂控制系统必然是综合使用多种主流总线技术，包括Ff、Profibus等，实现系统的高可靠性、高可用性、先进性、可扩展性。各种总线技术的特点和侧重点不同，也就有了不同的应用范围。
FF现场总线：可用于连续测量点或者控制点，多用于压力、温度、液位、化学分析等测量点、气动阀门定位器和电动执行机构等。在电厂控制中，可用于汽包水位控制、汽包压力控制、给水加热器水位控制、冷凝器水位控制、蒸汽温度控制等回路。采用FF控制回路时，其总线段宏循环周期一般设500 ms，而控制回路周期一般设为1 s。当然，这并不意味着FF无法用于更快回路的控制，仅仅因为宏循环周期愈短，网段所连接设备就越少，整体性能价格比将大为降低。
Profibus DP：用于电气量的监测、直接在线马达控制、变速马达控制、现场供电的执行机构等。在电厂中，可用于电动阀门、变频器、中低压断路器、马达控制中心等设备。其通讯速率一般设置为500 kbit/s。在控制系统中，其执行周期可设置为500 ms。
对于热工部分，本电厂2号机组的应用范围如下：
其一，锅炉侧。风烟系统的压力及风量测点和脱硫系统的压力测点全部采用FF总线方式，脱硫系统的12个电动门采用Profibus总线方式；其二，汽机侧。抽汽系统的压力测点，开闭式水系统的压力测点，以及辅汽系统和采暖加热站的压力测点全部采用FF总线方式，同时抽汽系统和辅汽系统及采暖加热站的电动门采用Profibus总线方式。
对于电气部分,本电厂只在扩容器水箱输送泵的电气控制方面应用Profibus总线方式，这一部分也不在本文的重点描述范围内。
2现场总线在宁夏鲁能鸳鸯湖电厂2号机组的应
用案例与研究
2.1安装与布线
对于Profibus总线，现场主要以RS485（高速H2）为主要传输协议，而FF总线则是以848T双绞线为传输介质，就地的模拟量信号转换成数字量信号后，通过这一对线传输。
每个现场总线端子接线盒最多可以带8个848T,而每个848T可以配置8个测点信号通道，根据需要可以接热电阻和热电偶两种信号，848T上提供信号端子连接。现场总线端子接线盒和848T分布在就地离测点较近处，这样可以大大减少就地测点到柜子之间敷设电缆的成本。
2.2总线协议
对于Profibus总线，其协议访问方式兼有多主通信和主从通信，首先介绍下主站和从站以及令牌调度原理：主站在一个限定时间内（Token Hold Time）对总线有控制权；从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权。令牌调度原理就是在多主网络中令牌调度必须确保每个主站有足够的时间完成它的通信任务，用户组织全部目标令牌循环时间（TTR）进入所有主站的通信任务帐户，每一个主站根据下列公式计算它接收令牌后完成它的通信任务的时间（TTH）：TTH=持有令牌时间，TTR=目标令牌循环时间，TRR=实际令牌循环时间。公式为：TTH =TTR-TRR。
本机组PROFIBUS总线访问协议（FDL）的特点主要有以下几个方面：主站或从站可以在任何时间点接入或断开，FDL 将自动地重新组织令牌环；令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务，因此用户必须计算全部目标令牌环时间（TTR）；总线访问协议有能力发现有故障的站，失效的令牌，还有重复的令牌传输错误和其他所有可能的网络失败；所有信息（包括令牌信息）在传输过程中确保高度安全以免传输错误和其他所有可能的网络失败；所有信息（包括令牌信息）在传输过程中确保高度安全以免传输错误。
对于FF总线，其协议是根据国际标准化组织和七层协议标准提出的，共使用了七层协议中的三层：1、2和7层，即物理层、数据链层和应用层，并增加了第八层用户层。
2.3现场应用实例调试过程中出现的问题及解决方法
2.3.1现场闭式膨胀水箱液位变送器应用FF总线现场
端子盒接线方式
图1为现场闭式膨胀水箱液位变送器应用FF总线现场端子盒接线方式。
故障分析和解决：在2号机组点火吹管期间，采用FF现场总线方式的开式循环水泵出口母管压力测点坏点，经过上位机程序故障诊断发现故障原因为通讯故障。现场检查发现，是FFT-BOXl（+）端连接到就地TRUNK IN（-）端子上造成通讯不通，将正负端互换后故障消除。对于FF总线应用到现场变送器这类应用，一般故障情况分为以下两类：一是接线错误，此类原因很容易查明并解决；二是变送器测量故障，此类原因是变送器本身故障，可将变送器拆卸进行检查或更换。
2.3.2现场EMG电动执行机构应用Profibus总线的实例
图2为就地DP从站的内部结构与配线。
图2中第一排为电源端子排，第二排为冗余24V电源转换模块及滤波模块，第三排为DP/PA链接器
对于总线型EMG电动门，接线方式和对其IDL直列式拨码开关的调整和地址盘的设定，具体可参考EMG说明书，需要说明的是就地执行机构在此DP从站上的地址一定要和上位机里的设置对应。
故障分析及解决：对于电动执行机构应用Profibus总线的故障分析应从以下几个方面入手：其一，检查执行机构接线和设置，总线型和硬接线型不论是在接线方面，还是在电气设置方面都有很大的不通，查阅资料和与厂家沟通是必不可少的；其二，检查上位机程序设置，此环节需要上位机厂家和执行机构厂家双方及时沟通并由执行机构厂家提供源文件和控制信息给上位机厂家；其三，检查DP从站是否工作正常，一般情况下同一个DP从站上的所有控制设备都出现异常即可判定是DP从站内部故障或通讯故障。
3结语
现场总线控制技术的出现，极大的改变了当今火力发电厂控制方式，它与常规DCS控制技术的本质差异在与现场级设备的数字化和网络化，实现控制装置与现场装置的双向通信，消除电厂生产过程中监控信息的盲点，同时现场总线技术为控制电厂基建成本及生产成本方面提供了效果明显的应用方案，宁夏鲁能鸳鸯湖电厂的现场总线应用就从实践方面很好的证实了以上结论。
参考文献：
[1] 刘泽祥.现场总线技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2] 王永华.现场总线技术及应用教程－从Profibus到FF[M].
北京:机械工业出版社,2007.
关键词：现场总线；宁夏鲁能鸳鸯湖电厂；控制系统
中图分类号：TM621.2文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0034-02
现场总线技术，即采用总线的方式连接现场智能设备，将数字化延伸到变送器、执行机构等现场设备，实现提升控制品质、智能化设备管理、降低施工成本和周期和未来的维护成本的目的。目前，现场总线技术在石化行业已有广泛的应用，如上海赛科。但在国内电力行业，现场总线技术虽有应用，但多停留在过程测点监视方面，控制回路应用极少。
本文结合宁夏鲁能鸳鸯湖电厂采用的ABB公司现场总线技术，详细介绍了现场总线600 MW火力发电机组具体应用案例。
1总线标准介绍
现场总线技术是目前自动化领域最先进成熟的技术之一。其概念一经提出，各国际大公司都致力于发展自己的现场总线标准，以期在未来的竞争中占得先机。截至目前为止，现场总线的标准已经有40多种。但就电力行业而言，广泛采用的现场总线标准是FF、Profibus、DeviceNet等，而宁夏鲁能鸳鸯湖电厂2号机组所采用的现场总线技术为FF总线和Profibus总线技术。
现场总线总的应用原则是：保证安全可靠的前提下，兼顾经济性；合适的地方用合适的总线技术。无论哪种总线技术都无法涵盖电厂中的所有设备类型，因此电厂控制系统必然是综合使用多种主流总线技术，包括Ff、Profibus等，实现系统的高可靠性、高可用性、先进性、可扩展性。各种总线技术的特点和侧重点不同，也就有了不同的应用范围。
FF现场总线：可用于连续测量点或者控制点，多用于压力、温度、液位、化学分析等测量点、气动阀门定位器和电动执行机构等。在电厂控制中，可用于汽包水位控制、汽包压力控制、给水加热器水位控制、冷凝器水位控制、蒸汽温度控制等回路。采用FF控制回路时，其总线段宏循环周期一般设500 ms，而控制回路周期一般设为1 s。当然，这并不意味着FF无法用于更快回路的控制，仅仅因为宏循环周期愈短，网段所连接设备就越少，整体性能价格比将大为降低。
Profibus DP：用于电气量的监测、直接在线马达控制、变速马达控制、现场供电的执行机构等。在电厂中，可用于电动阀门、变频器、中低压断路器、马达控制中心等设备。其通讯速率一般设置为500 kbit/s。在控制系统中，其执行周期可设置为500 ms。
对于热工部分，本电厂2号机组的应用范围如下：
其一，锅炉侧。风烟系统的压力及风量测点和脱硫系统的压力测点全部采用FF总线方式，脱硫系统的12个电动门采用Profibus总线方式；其二，汽机侧。抽汽系统的压力测点，开闭式水系统的压力测点，以及辅汽系统和采暖加热站的压力测点全部采用FF总线方式，同时抽汽系统和辅汽系统及采暖加热站的电动门采用Profibus总线方式。
对于电气部分,本电厂只在扩容器水箱输送泵的电气控制方面应用Profibus总线方式，这一部分也不在本文的重点描述范围内。
2现场总线在宁夏鲁能鸳鸯湖电厂2号机组的应
用案例与研究
2.1安装与布线
对于Profibus总线，现场主要以RS485（高速H2）为主要传输协议，而FF总线则是以848T双绞线为传输介质，就地的模拟量信号转换成数字量信号后，通过这一对线传输。
每个现场总线端子接线盒最多可以带8个848T,而每个848T可以配置8个测点信号通道，根据需要可以接热电阻和热电偶两种信号，848T上提供信号端子连接。现场总线端子接线盒和848T分布在就地离测点较近处，这样可以大大减少就地测点到柜子之间敷设电缆的成本。
2.2总线协议
对于Profibus总线，其协议访问方式兼有多主通信和主从通信，首先介绍下主站和从站以及令牌调度原理：主站在一个限定时间内（Token Hold Time）对总线有控制权；从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权。令牌调度原理就是在多主网络中令牌调度必须确保每个主站有足够的时间完成它的通信任务，用户组织全部目标令牌循环时间（TTR）进入所有主站的通信任务帐户，每一个主站根据下列公式计算它接收令牌后完成它的通信任务的时间（TTH）：TTH=持有令牌时间，TTR=目标令牌循环时间，TRR=实际令牌循环时间。公式为：TTH =TTR-TRR。
本机组PROFIBUS总线访问协议（FDL）的特点主要有以下几个方面：主站或从站可以在任何时间点接入或断开，FDL 将自动地重新组织令牌环；令牌环调度确保每个主站有足够的时间履行它的通信任务，因此用户必须计算全部目标令牌环时间（TTR）；总线访问协议有能力发现有故障的站，失效的令牌，还有重复的令牌传输错误和其他所有可能的网络失败；所有信息（包括令牌信息）在传输过程中确保高度安全以免传输错误和其他所有可能的网络失败；所有信息（包括令牌信息）在传输过程中确保高度安全以免传输错误。
对于FF总线，其协议是根据国际标准化组织和七层协议标准提出的，共使用了七层协议中的三层：1、2和7层，即物理层、数据链层和应用层，并增加了第八层用户层。
2.3现场应用实例调试过程中出现的问题及解决方法
2.3.1现场闭式膨胀水箱液位变送器应用FF总线现场
端子盒接线方式
图1为现场闭式膨胀水箱液位变送器应用FF总线现场端子盒接线方式。
故障分析和解决：在2号机组点火吹管期间，采用FF现场总线方式的开式循环水泵出口母管压力测点坏点，经过上位机程序故障诊断发现故障原因为通讯故障。现场检查发现，是FFT-BOXl（+）端连接到就地TRUNK IN（-）端子上造成通讯不通，将正负端互换后故障消除。对于FF总线应用到现场变送器这类应用，一般故障情况分为以下两类：一是接线错误，此类原因很容易查明并解决；二是变送器测量故障，此类原因是变送器本身故障，可将变送器拆卸进行检查或更换。
2.3.2现场EMG电动执行机构应用Profibus总线的实例
图2为就地DP从站的内部结构与配线。
图2中第一排为电源端子排，第二排为冗余24V电源转换模块及滤波模块，第三排为DP/PA链接器
对于总线型EMG电动门，接线方式和对其IDL直列式拨码开关的调整和地址盘的设定，具体可参考EMG说明书，需要说明的是就地执行机构在此DP从站上的地址一定要和上位机里的设置对应。
故障分析及解决：对于电动执行机构应用Profibus总线的故障分析应从以下几个方面入手：其一，检查执行机构接线和设置，总线型和硬接线型不论是在接线方面，还是在电气设置方面都有很大的不通，查阅资料和与厂家沟通是必不可少的；其二，检查上位机程序设置，此环节需要上位机厂家和执行机构厂家双方及时沟通并由执行机构厂家提供源文件和控制信息给上位机厂家；其三，检查DP从站是否工作正常，一般情况下同一个DP从站上的所有控制设备都出现异常即可判定是DP从站内部故障或通讯故障。
3结语
现场总线控制技术的出现，极大的改变了当今火力发电厂控制方式，它与常规DCS控制技术的本质差异在与现场级设备的数字化和网络化，实现控制装置与现场装置的双向通信，消除电厂生产过程中监控信息的盲点，同时现场总线技术为控制电厂基建成本及生产成本方面提供了效果明显的应用方案，宁夏鲁能鸳鸯湖电厂的现场总线应用就从实践方面很好的证实了以上结论。
参考文献：
[1] 刘泽祥.现场总线技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2] 王永华.现场总线技术及应用教程－从Profibus到FF[M].
北京:机械工业出版社,2007.