现场总线在电厂控制系统的应用

,科学求实 精诚致远,感谢各位专家领导敬请批评指正！,现场总线技术在电厂的应用,南京科远自动化集团股份,二九年九月,江苏省电力设计院技术交流,现场设备之间的串行通讯协议,数字化通讯代替模拟信号电缆,除了控制信号还传递诊断信息,总线标准之争本质是市场竞争,总线标准在开放垄断之间挣扎,价值和应用体系结构将是关键,现场总线的真相,汇报主题,现场总线,发电控制的实际应用,1999,年,半山电厂,(135MW,主机,),1417,点远程,IO,2004,年,夏港电厂,(300MW,主机和脱硫,),346,只电动机保护单元,2009,年,华能金陵,(1000MW,全厂辅控,),现场总线全面应用,1999,年,半山电厂,1417,点远程,IO,现场总线的概念提出多年,国际标准,IEC 61158,刚刚颁布,缺少支持现场总线的智能化设备,用现场总线来实现远程,I/O,Ethernet TCP/IP,100 Mbps,#1 OS,#2 OS,#3 OS,#4 OS,工程师站,Switch,FCS,#5 OS,FCS,FCS,半山,DCS,配置,37,只远程,I/O,机架,1417,点,半山现场,FCS,机柜,Heat,Temp,Inner Temp,Cool,Raise,Lower,Valve,Presure,Run,Reset,Hold,Servo,Fridge,Light 1,Load,Light 2,Main Air,Main Fan,Aux Air,Aux Fan,Input,Supply,Main Gas,Main Lamp,Aux Gas,Aux Lamp,Heat,Temp,Inner Temp,Cool,Raise,Lower,Valve,Presure,Run,Reset,Hold,Servo,Fridge,Light 1,Load,Light 2,Main Air,Main Fan,Aux Air,Aux Fan,Input,Supply,Main Gas,Main Lamp,Aux Gas,Aux Lamp,Heat,Temp,Inner Temp,Cool,Raise,Lower,Valve,Presure,Run,Reset,Hold,Servo,Fridge,Light 1,Load,Light 2,Main Air,Main Fan,Aux Air,Aux Fan,Input,Supply,Main Gas,Main Lamp,Aux Gas,Aux Lamp,Heat,Temp,Inner Temp,Cool,Raise,Lower,Valve,Presure,Run,Reset,Hold,Servo,Fridge,Light 1,Load,Light 2,Main Air,Main Fan,Aux Air,Aux Fan,Input,Supply,Main Gas,Main Lamp,Aux Gas,Aux Lamp,远程,I/O,连接,光纤环网,Profibus DP V0,12M,1999,年,半山电厂,1417,点远程,IO,1417,点远程,I/O,37,个就地,FCS,机柜,广泛分布,高温环境的适应能力,Profibus-DP,的速度和稳定性,铜缆和光纤环网布置方案,2004,年,夏港电厂,346,只电动机保护单元,支持现场总线的智能化设备,出现,Profibus,在火电厂已有应用业绩,DCS,的现场总线接口逐渐成熟,传统分立式装置一直为人所诟病,故障率高,体积庞大,Ethernet TCP/IP,100 Mbps,#1 OS,#2 OS,#3 OS,#4 OS,工程师站,Switch,#5 OS,夏港,DCS,配置,总线设备连接拓朴图二,电机保护单元功能,电动机保护单元在,DCS,中实现的功能,真正的现场总线应用,两种连接方案比较,直接连接到控制器,通过总线模块连入现场,可靠性处理,装置都是单总线,互为备用装置分散到不同的总线,设备管理功能没能充分应用,缺少软件支持,2004,年,夏港电厂,346,只电动机保护单元,2009,年,华能金陵,现场总线全面应用,各种智能现场设备,-,大量出现,国内积累了少量分散应用的经验,国外已有应用现场总线的实例,2009,年,华能金陵,现场总线全面应用,水处理系统,总线设备,187(DP,总线设备,111,PA,总线设备,76),设备类型包括智能马达控制器、总线式电磁阀箱、电动门、调节阀、压力和差压变送器、液位变送器、流量变送器。,2009,年,华能金陵,现场总线全面应用,脱硫控制系统,总线设备,249(DP,总线设备,152,PA,总线设备,97),设备类型包括智能马达控制器、总线式电磁阀箱、电动门、调节阀、压力和差压变送器、液位变送器、流量变送器。,汇报主题,现场总线,Profibus,连接结构,双,DP,设备,单,PA,DP/PA-LINK,单,DP,Y-LINK,Profibus,连接结构,远程,I/O,分支网络的统一结构,两只,DP,连接器连接到冗余主干网上,通过总线连接到耦合器,耦合器下带分支网络,存储转发过程,不同的,Profibus,逻辑网段,地址不冲突,波特率可以不同,244byte,限制,非透明网络,配置软件的透明化处理,DP,连接器,:IM153-2,DP,耦合器,:Y-Couple,PA,耦合器,:DP/PA Couple,其它连接方式,PA Couple,简单连接,DP/PA Link,多,PA,分支,P,A,耦,合,器,D,P,连,接,器,P,A,耦,合,器,P,A,耦,合,器,P,A,耦,合,器,D,P,连,接,器,执行机构,-SIPOS5,此图来自尼德豪森,电磁阀,-festol,此图来自华能金陵,变频器,-ABB,此图来自华能金陵,现场总线控制泵,此图来自华能金陵,光电接口,-OLM,此图来自华能金陵,此图来自华能金陵,总线接口,有源终端电阻,此图来自华能金陵,压力变送器,-,此图来自华能金陵,西门子流量表,Plugging of I/P,Travel Deviation,Insufficient Air Supply,Stuck Valve,Calibration Changes,Failed Diaphragm,Diaphragm Leaks,O-ring Failures in Piston Actuator,Electronics Failure,Sensor Failure,Process Condition,Configuration Warning,RTD Drift,RTD Life Estimation,pH Electrode Aging,Glass Electrode Failure,Reference Electrode Failure,Reference Electrode Coating,Reference Electrode Poisoning,Electronics Failure,High Process Noise,Grounding Fault,Electrode Fault,Empty Pipe,Reverse Flow,Calibration Error,Electronics Failure,Sensor Failure,Process Condition,Configuration Warning,Plugged Impulse Lines,Configuration Warning,Configuration,Status / Alerts,Diagnostics,Calculations,智能现场设备的丰富信息,过程设备管理,-PDM,LCONTROL,HI,PV,SP,TSP,10.44 FEET,11.39 FEET,11.39 FEET,AUTO,MAN,TUNE,OOS,12.00,0.00,0.0,100,OUT,100%,“LOOP DISPLAY”,Fisher,控制室,检查,4-20mA,的回路,传统仪表调试方式,改进的维护方式,One person can easily:,组态下载,执行自诊断,完成回路检测,检查接线,Rack Room,CONTROL,HI,PV,SP,TSP,10.44 FEET,11.39 FEET,11.39 FEET,AUTO,MAN,TUNE,OOS,12.00,0.00,0.0,100,OUT,100%,“LOOP DISPLAY”,调试时间减少,70%,以上,日常维护时间降低了,67%,节约效果,:,总线仪表调试方式,序号,名称,协议,接口,是否冗余,PDM,问题,1,ABB 2600T,压力变送器,DPV1,PA,不冗余,完善,PDM,操作中有,Bug,2,西门子超声波物位计,DPV1,PA,不冗余,完善,3,西门子气动定位器,DPV1,PA,不冗余,完善,4,西门子压力变送器,DPV1,PA,不冗余,完善,5,丹东华通智能马达控制和保护装置,DPV0,DP,不冗余,无,6,苏州万龙智能电动机控制器,DPV0,DP,不冗余,无,7,东大金智智能电动机控制器,DPV0,DP,不冗余,无,8,DREHMO EMG,电动执行机构,DPV1,DP,冗余,完善,9,ROTORK,电动执行机构,DPV1,DP,冗余,简单,总线电缆连接不方便,10,SIPOS 5 Flash,电动执行机构,DPV1,DP,冗余,完善,11,EJA,变送器,DPV1,PA,不冗余,完善,下载,PDM,会弹出错误,12,Rosemount,变送器,DPV1,PA,不冗余,完善,总线设备评价,华能金陵产品测试及比较,德系产品更完善,美系产品带,Profibus,的价格很高,国内产品没有,PDM,功能，不支持,DPV1,PDM,功能方式，德系产品明显占优,总线现场设备,现场总线的成本,总线网络设备,智能现场设备,总线网络设备,Profibus,只有西门子有大规模应用方案,大量的网络设备只有西门子提供,主站芯片价值较贵,智能现场设备,新产品，价格也高,高速从站芯片，主要是西门子提供,降低成本的方法，只有市场竞争,两块附加成本的原因,Profibus,接口设备和布线设备的通用化,丰富冗余接口的智能化设备,提供兼容电气设备的,CAN,接口,完善多种现场总线的混用方案,设备管理软件向设备管理系统发展,现场总线的机会,降低直接成本,降低间接成本,提高应用价值,汇报主题,现场总线,发电控制的实际应用,总结,1999,年,半山电厂,(135MW),起步,2004,年,夏港电厂,(300MW),尝试,2009,年,华能金陵,(1030MW),初步成熟,投我以木桃，报之以琼瑶。,匪报也，永以为好也！,