基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構在電站工程的應用研究

　　2 基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是指現場(chǎng)設備與自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行、雙向、多點(diǎn)通信的自控技術(shù)。它將具有數字計算和數字通信能力的專(zhuān)用微處理器置入傳統的測量控制儀表，并按公開(kāi)、規范的通信協(xié)議把它們連接成網(wǎng)絡(luò )，形成適應各種實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構在原有電動(dòng)執行機構功能的基礎上，實(shí)現了雙向通信、在線(xiàn)自動(dòng)標定、自校正與自診斷等多種控制功能，從而實(shí)現了現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統一個(gè)節點(diǎn)。

　　2.1 Profibus DP總線(xiàn)技術(shù)

　　目前，基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構種類(lèi)很多，它們應用的總線(xiàn)協(xié)議主要包括Foundation Fieldbus、Profibus、CAN等。Profibus作為一種國際性的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)，包含三個(gè)兼容版本:高速通信的Profibus DP、本安型Profibus PA以及用于系統級和車(chē)間級的Profibus FMS。Profibus既可用于自動(dòng)化系統與現場(chǎng)信號單元的通訊，也可用于連接帶有智能卡件的變送器、執行機構等其它現場(chǎng)設備。

　　Profibus DP屬于底層控制網(wǎng)絡(luò )，采用輪循的通訊方式，專(zhuān)為自動(dòng)控制系統和設備級分散I/O之間通信設計，廣泛應用于分布式控制系統的高速數據傳輸。Profibus DP按照設備的功能特點(diǎn)將設備分為三種類(lèi)型:第一類(lèi)DP主站類(lèi)型1(DPM1)，中央可編程控制器，如PLC，PC等;第二類(lèi)DP主站類(lèi)型2(DPM2)，指可編程、可組態(tài)、可診斷的設備;DP從站，即一個(gè)現場(chǎng)智能I/O設備。根據用戶(hù)的功能需求，Profibus DP允許構成單主或多主系統，系統配置組態(tài)具有高度的靈活性[1]。

　　Profibus DP作為一種比較成熟的總線(xiàn)技術(shù)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(guò)程控制中廣泛應用。由于電站輔助車(chē)間對象特征單一、相互獨立性強且多為順控、聯(lián)鎖和單參數調節，可采用PLC或DCS監控，所以Profibus DP的應用成為必然，這部分系統包括水處理、除灰除渣、輸煤、冷卻水系統等。

　　德國Niederaussem電廠(chǎng)就廣泛地在汽水循環(huán)、煙氣系統和機組協(xié)調等對安全性沒(méi)有特殊要求的現場(chǎng)控制中采用了Profibus DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和設備，并把它們納入DCS控制。在國內電站的輔助系統中，四川廣安電廠(chǎng)的水處理系統、連云港新海發(fā)電廠(chǎng)200MW機組的DCS改造均采用了Profibus DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，并且取得了良好的效果[2]。

　　2.2 現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構的應用優(yōu)勢與注意問(wèn)題

　　現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構與普通電動(dòng)執行機構相比，具有較大的優(yōu)勢。帶通信協(xié)議的總線(xiàn)電動(dòng)執行機構需要使用的輔助設備少，無(wú)需任何隔離、轉換和輸入輸出模塊，同時(shí)減少大量信號電纜、電纜配件及相應的安裝和檢修工作;現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構具有雙向通訊功能，操作人員可在控制室進(jìn)行標定、參數設置、功能組態(tài)及在線(xiàn)監測和故障分析，操作維護異常便利;由于現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構帶有微處理器，對于運行人員無(wú)法判別的故障，設備廠(chǎng)家可通過(guò)通訊接口進(jìn)行遠程診斷。

　　在電站自動(dòng)化領(lǐng)域，由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用還有待進(jìn)一步深入和擴大，其穩定性還有待于時(shí)間的檢驗，所以對于采用現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構，應充分考慮電站自動(dòng)化系統的特征和現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構的優(yōu)勢，以期達到應有的效果。

　　(1) 在電動(dòng)執行機構應用較多的電站輔助系統，比如水系統中的工業(yè)水、生活水、消防水、廢水和單元機組中的開(kāi)、閉式水系統，物理位置相對分散，且多為順序控制、聯(lián)鎖或單參數調節，可采用現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構;

　　(2) 現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構的通信協(xié)議必須與控制系統的通信協(xié)議相匹配，這是實(shí)現局部現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的基本條件?？筛鶕骺刂葡到y的類(lèi)型來(lái)確定電動(dòng)執行機構的通信類(lèi)型，如果控制器完成較為簡(jiǎn)單的控制功能，則可根據性?xún)r(jià)比同時(shí)選擇控制器和電動(dòng)執行機構的通信類(lèi)型;

　　(3) 現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執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(chǎn)生作為被控對象的不同電動(dòng)執行機構的誤動(dòng)和拒動(dòng)，從而給安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴重后果。

　　3 應用實(shí)例

　　在浙江國華寧海電廠(chǎng)一期工程中，現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構主要用于機組閉式循環(huán)水系統。在該系統中，閉式循環(huán)冷卻器、汽機潤滑油冷卻器進(jìn)口、出口、旁路電動(dòng)門(mén)等34個(gè)執行機構采用了AUMA現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構。

　　3.1 AUMA現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構

　　AUMA MATIC電動(dòng)執行機構為原裝進(jìn)口一體化現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，其開(kāi)關(guān)型電動(dòng)執行機構可以接受開(kāi)、關(guān)、停數字量控制信號并能滿(mǎn)足DCS程序控制的要求，本體配置手輪和手／自動(dòng)切換機構，通過(guò)現場(chǎng)控面板可以進(jìn)行Remote(遠方)、Off(停機)、Local(現場(chǎng))的轉換，并且有"開(kāi)、關(guān)、停"操作按扭和全開(kāi)、全關(guān)位置到位指示燈及故障指示燈。電動(dòng)執行機構在失去電源或信號時(shí)，運行到全開(kāi)、運行到全關(guān)、停在原位等三種保護功能可由用戶(hù)在現場(chǎng)設定。執行機構配置一體式電源控制板，用戶(hù)只需提供動(dòng)力電源，內部控制電源由執行機構提供。執行機構的控制和反饋信號可直接接收和送至DCS系統，中間不需要增加任何轉換和隔離設備。

　　執行機構的控制單元配有雙通道Profibus DP冗余總線(xiàn)接口，可接受來(lái)自控制室的數字量信號。作為Profibus DP總線(xiàn)系統的從站，其從站地址可通過(guò)執行機構本體上的液晶顯示器和按鈕進(jìn)行設定和確認。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò )硬件架構

　　根據電動(dòng)執行機構的位置分布和功能實(shí)現，應用中把這34個(gè)電動(dòng)執行機構分成了兩組，每組17個(gè)執行機構，分別掛在不同的Profibus DP總線(xiàn)上，總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構如圖1所示。

圖1 AUMA現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構網(wǎng)絡(luò )構