摘要: 現(xiàn)場總線技術(shù)是目前自動(dòng)化控制領(lǐng)域最先進(jìn)成熟的技術(shù)之一，在很多工程實(shí)踐中得到了應(yīng)用。本文介紹了基于艾默生過程控制有限公司的Ovation系統(tǒng)為平臺，將FF總線和Profibus DP總線技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于海門電廠海水脫硫控制系統(tǒng)的情況，并闡述了其優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞: 現(xiàn)場總線；控制系統(tǒng)；脫硫；Ovation
引言
華能海門電廠作為世界首座采用海水脫硫的百萬千瓦機(jī)組電廠，規(guī)劃裝機(jī)規(guī)模為6臺百萬千瓦超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，其中1號機(jī)組于2009年6月正式投產(chǎn)，同步建設(shè)的1號機(jī)組海水脫硫裝置也投入運(yùn)行，其主機(jī)與脫硫共用了一套DCS控制系統(tǒng)，即艾默生過程控制有限公司的Ovation系統(tǒng)，作為提高機(jī)組整體性能和節(jié)能環(huán)保的重要技術(shù)手段，在海水脫硫控制系統(tǒng)中第一次大規(guī)模應(yīng)用了當(dāng)今最先進(jìn)和主流的兩種現(xiàn)場總線技術(shù)，基金會現(xiàn)場總線Ff和Profibus DP總線。
1 現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)簡介
現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展日新月異，總線標(biāo)準(zhǔn)層出不窮，在電力行業(yè)中主要應(yīng)用了兩種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，即基金會現(xiàn)場總線Ff和Profibus；
基金會現(xiàn)場總線Ff是由現(xiàn)場總線基金會組織開發(fā)的，得到了世界上主要自動(dòng)控制設(shè)備制造商(艾默生、ABB、Invensys等公司)的廣泛支持。其前身是ISP和WorldFIP標(biāo)準(zhǔn)，分為低速H1和高速HSE兩種通信速率，H1的傳輸速率位31.25kbit/s，通信距離可達(dá)1.9km，加中繼器可延長到9.5km，支持總線冗余供電。
Profibus是過程現(xiàn)場總線（Process Field Bus）的縮寫，由SIEMENS、ABB、AEG等十幾家重要的自動(dòng)化設(shè)備廠家聯(lián)合推出，符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，有Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS三個(gè)版本，其中Profibus-DP是一種比較簡單的現(xiàn)場總線，具有高速傳輸、價(jià)格低廉、實(shí)施簡單等特點(diǎn)，該總線物理層采用RS485傳輸方式，傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。
2 海門電廠海水脫硫系統(tǒng)簡介
煙氣海水脫硫是用海水作為脫硫劑達(dá)到脫除煙氣中SO2目的的一種工藝，與其它脫硫工藝相比較，有以下主要優(yōu)點(diǎn)：脫硫效率高、投資和運(yùn)行成本低、工藝簡單，維護(hù)方便；只需海水和空氣；節(jié)省淡水；無廢棄物排放，減少二次污染。海門電廠海水脫硫系統(tǒng)主要包括：煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、海水供應(yīng)系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)及與之配套的控制系統(tǒng)。圖1為海門電廠煙氣海水脫硫系統(tǒng)工藝流程圖。
圖1海門電廠煙氣海水脫硫工藝流程圖
（1）煙氣系統(tǒng)。煙氣從引風(fēng)機(jī)出口的煙道引入脫硫系統(tǒng)，脫硫系統(tǒng)設(shè)進(jìn)、出口擋板門及煙氣旁路擋板門。脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，旁路擋板門關(guān)閉，煙氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)后由煙囪排出。脫硫系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，旁路擋板門開啟，脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口擋板門關(guān)閉，煙氣直接進(jìn)入煙囪排放。脫硫系統(tǒng)內(nèi)的煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入熱加熱器（簡稱GGH）降溫后再到吸收塔，凈化后的煙氣經(jīng)GGH升溫后，由煙囪排入大氣。
（2）SO2吸收系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)的吸收塔采用填料塔型，煙氣自吸收塔下部進(jìn)入，向上流經(jīng)吸收區(qū)，在填料表面與噴入吸收塔的海水充分反應(yīng)，凈化后的煙氣經(jīng)塔頂部的除霧器除去水滴后排出塔體，洗滌煙氣后的海水收集在塔底部，并依靠重力排入海水恢復(fù)系統(tǒng)。脫硫排水達(dá)標(biāo)后由電廠原有的循環(huán)水排水口排入大海。
（3）海水供應(yīng)系統(tǒng)。脫硫吸收劑--海水采用發(fā)電機(jī)組凝汽器的循環(huán)冷卻水排水，經(jīng)海水升壓泵升壓后直接供給脫硫吸收塔。反應(yīng)后的海水排至海水恢復(fù)系統(tǒng)。凝汽器出口的循環(huán)冷卻水的另一部分從排水溝引出至海水恢復(fù)系統(tǒng)，與脫硫海水在海水恢復(fù)系統(tǒng)中混合。
（4）海水恢復(fù)系統(tǒng)。海水恢復(fù)裝置包括：曝氣池和曝氣風(fēng)機(jī)。來自機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)虹吸井后的大量的新鮮海水進(jìn)入曝氣池的配水區(qū)進(jìn)行水量分配，其中大部分的海水進(jìn)入曝氣區(qū)的前端和直接進(jìn)入這里的脫硫后的海水混合，小部分的新鮮海水經(jīng)旁路區(qū)直接進(jìn)入排放區(qū)�；旌虾蟮暮Ｋ谄貧鈪^(qū)內(nèi)向前流動(dòng)過程中進(jìn)行曝氣，通過曝氣風(fēng)機(jī)向曝氣池內(nèi)鼓入大量的空氣，使海水中的亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無害的硫酸鹽，同時(shí)釋放出CO2，使海水的水質(zhì)達(dá)到同類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后排入海中。
3 海門電廠脫硫控制系統(tǒng)簡介
海門電廠脫硫控制系統(tǒng)采用了的艾默生公司的Ovation專家控制系統(tǒng)，它具有多任務(wù)、數(shù)據(jù)采集、復(fù)雜關(guān)鍵應(yīng)用的控制能力和開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等功能，能夠完成電力和水處理流程的各種時(shí)間關(guān)鍵型控制任務(wù)，支持Ff、Profibus DP、DeviceNet、Modbus等總線通訊協(xié)議，易于組態(tài)，便于工程實(shí)施。在同一控制器下，用戶可以根據(jù)需要任意組合輸入/輸出模件類型。圖2為安裝有2塊Ff接口模塊和2塊Profibus DP接口模塊的Ovation機(jī)柜圖，下方的綠色模塊為Ff總線冗余電源，F(xiàn)f總線電纜為橙色，Profibus DP電纜為紫色。
與Ovation控制系統(tǒng)配套的AMS智能設(shè)備管理軟件能夠統(tǒng)一管理Ff總線和HART協(xié)議等智能設(shè)備，設(shè)備的診斷信息能夠直接出現(xiàn)在操作報(bào)警中，可以及時(shí)告知維護(hù)及運(yùn)行人員智能設(shè)備的當(dāng)前健康狀態(tài)，并能指導(dǎo)操作人員或者維護(hù)人員在設(shè)備報(bào)警、故障或者失效情況下進(jìn)行正確的操作，從而達(dá)到預(yù)防性維護(hù)，減少故障發(fā)生及降低運(yùn)行成本的作用。圖3為Ff智能設(shè)備的診斷狀態(tài)窗口示例圖。
圖2 安裝Ff和Profibus DP接口模塊的Ovation機(jī)柜
圖3 Ff智能設(shè)備的診斷窗口
4 總線技術(shù)方案及調(diào)試注意事項(xiàng)
海門電廠脫硫控制系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線與硬接線相結(jié)合的控制方式，每臺機(jī)組配置兩對冗余控制器，并通過冗余交換機(jī)與主機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接。OVATION控制器下，不僅連接普通I/O模塊，還直接掛接Ff和Profibus DP現(xiàn)場總線接口模塊，通過現(xiàn)場總線接口模塊擴(kuò)展出多條現(xiàn)場總線段，與現(xiàn)場智能設(shè)備相連，總線連接方式如圖4、圖5所示：
圖4 Ff總線連接結(jié)構(gòu)圖
圖5 Profibus DP現(xiàn)場總線連接結(jié)構(gòu)圖
脫硫控制系統(tǒng)配置了6段Ff總線，共使用了3塊Ff總線接口模塊，分別連接用于測量溫度、壓力、差壓、流量、液位、PH值等Ff智能儀表，具體包括：
8臺Rosemount 848T溫度變送器（每個(gè)848T有8個(gè)獨(dú)立的輸入通道），測量吸收塔煙氣溫度、GGH軸溫和吹灰蒸汽溫度、凈化風(fēng)機(jī)軸承及電機(jī)線圈溫度、曝氣風(fēng)機(jī)軸承及電機(jī)線圈溫度、海水升壓泵電機(jī)軸承溫度等52個(gè)溫度測點(diǎn)；
23臺Rosemount 3051壓力變送器，測量GGH高壓水泵出口壓力、GGH煙氣側(cè)差壓、GGH吹灰蒸汽壓力、增壓風(fēng)機(jī)出口壓力及差壓、煙氣擋板密封風(fēng)壓力、吸收塔壓力、吸收塔升壓海水壓力、海水升壓泵出口壓力、工業(yè)水泵出口壓力、工藝水泵出口壓力、儀用壓縮空氣母管壓力、曝氣風(fēng)機(jī)壓力等壓力測點(diǎn)；
1臺E+H公司的 Prosonic FLOW93超聲波流量計(jì)，測量吸收塔升壓海水流量；
脫硫控制系統(tǒng)配置了8段Profibus DP總線，使用4塊Profibus DP總線接口模塊，共連接了以下設(shè)備：
電動(dòng)門：6臺ROTORK電動(dòng)門用于曝氣風(fēng)機(jī)的入口、出口門的控制；25臺施耐德電動(dòng)門應(yīng)用于吸收塔除霧器沖洗水門、工藝水箱補(bǔ)水門、煙氣密封風(fēng)機(jī)出口門、吸收塔排空門等；
馬達(dá)控制器：32臺萬龍公司的ST500智能型電動(dòng)機(jī)控制器，應(yīng)用于控制增壓風(fēng)機(jī)和曝氣風(fēng)機(jī)的潤滑油泵、冷卻風(fēng)機(jī)、煙氣擋板密封風(fēng)機(jī)、工業(yè)水泵、工藝水泵等；
遠(yuǎn)程設(shè)備：4臺FESTO就地控制箱，應(yīng)用于控制增壓風(fēng)機(jī)油箱加熱器、GGH吹灰器、吸收塔調(diào)節(jié)裝置等設(shè)備。
在脫硫系統(tǒng)的控制回路方面，必須綜合考慮回路的安全性、控制特點(diǎn)、可選的設(shè)備種類等多種因素。對于關(guān)系到安全或者非�？焖倏刂频幕芈�，仍應(yīng)采用硬接線方式；有些設(shè)備既有Ff系列產(chǎn)品，也有Profibus DP系列產(chǎn)品，則可以根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行選擇；如果周邊很多Ff設(shè)備，則應(yīng)選擇Ff系列產(chǎn)品，反之則選擇Profibus DP系列產(chǎn)品。針對某臺設(shè)備或者某個(gè)分系統(tǒng)，可能會綜合采用兩種或多種技術(shù)，其中Ff總線的通訊速率為31.25 kbit/s，Profibus DP總線的通訊速率設(shè)置為500kbit/s，總線的信號處理放在掃描周期為1秒的任務(wù)區(qū)，硬接線方式根據(jù)不同的設(shè)備要求其信號處理分別放在掃描周期為100毫秒或者1秒的任務(wù)區(qū)，具體的回路控制方式如下：
在增壓風(fēng)機(jī)控制回路中，增壓風(fēng)機(jī)控制采用了硬接線方式，增壓風(fēng)機(jī)的潤滑油箱加熱器、潤滑油泵和冷卻風(fēng)機(jī)控制采用了Profibus DP總線方式，增壓風(fēng)機(jī)的出口壓力和差壓反饋采用了Ff總線方式；
在海水升壓泵控制回路中，升壓泵控制采用了硬接線回路，升壓泵前池液位、海水流量及海水壓力反饋采用了Ff總線方式，同時(shí)升壓泵的軸溫、電機(jī)溫度測量也采用了Ff總線方式以便于溫度異常時(shí)跳海水升壓泵（溫度監(jiān)控通過在控制畫面上選擇投入）；
在曝氣風(fēng)機(jī)控制回路中，曝氣風(fēng)機(jī)控制采用了硬接線回路，曝氣風(fēng)機(jī)的入口、出口擋板門和曝氣風(fēng)機(jī)潤滑油系統(tǒng)采用了Profibus DP控制方式，而曝氣風(fēng)機(jī)的軸溫和電機(jī)溫度測量采用了Ff總線方式以便于溫度異常時(shí)跳曝氣風(fēng)機(jī)（溫度監(jiān)控通過在控制畫面上選擇投入）；
現(xiàn)場總線的調(diào)試不同于普通的IO設(shè)備，對于總線設(shè)備來說需要在邏輯組態(tài)、電纜鋪設(shè)、設(shè)備安裝和現(xiàn)場調(diào)試等多個(gè)方面引起注意：
必須采用與現(xiàn)場設(shè)備一致的GSD版本(對于Profibus DP設(shè)備)或DD文件版本(對于Ff設(shè)備)，否則組態(tài)會出現(xiàn)錯(cuò)誤或者異常；
同一段Profibus DP網(wǎng)段上的設(shè)備，必須設(shè)為相同的波特率；
必須按照規(guī)范要求進(jìn)行接地和屏蔽連接。對于Ff，應(yīng)保持單點(diǎn)接地，接地點(diǎn)應(yīng)為機(jī)柜處；對于Profibus DP設(shè)備，則應(yīng)根據(jù)DP規(guī)范進(jìn)行多點(diǎn)接地。連接完成后，應(yīng)采用專用工具進(jìn)行信號驗(yàn)證，確保信號傳輸?shù)目煽俊?/P>
Profibus DP總線設(shè)備要合理分配地址，以提高數(shù)據(jù)通訊效率和故障查找；Ff總線設(shè)備的ID應(yīng)與其實(shí)際位置對應(yīng)；
5 采用總線方式所具有的優(yōu)點(diǎn)
（1）節(jié)省了大量的控制電纜以及電纜鋪設(shè)、校對的人力成本，縮短了安裝周期；根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用總線方式比使用普通IO接線方式能夠節(jié)省電纜80%以上，電纜數(shù)量的大量減少也直接減少了安裝時(shí)間。
6 結(jié)束語
海門電廠的脫硫控制系統(tǒng)是第一次大規(guī)模應(yīng)用Ff和Profibus DP總線設(shè)備的百萬千瓦機(jī)組海水脫硫控制系統(tǒng)，總線技術(shù)的應(yīng)用減少了電纜鋪設(shè)、安裝時(shí)間和設(shè)備故障，提高了設(shè)備控制的精度及可靠性，其成功運(yùn)行對于將Ff和Profibus DP總線技術(shù)應(yīng)用于大機(jī)組主控系統(tǒng)具有借鑒意義，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)全廠的全面數(shù)字化生產(chǎn)和管理進(jìn)行了有益的探索。
致謝
在本文的撰寫過程中，得到了艾默生過程控制有限公司的王軍博士、北京龍?jiān)喘h(huán)保公司的黃碩、西安熱工研究院的崔超超，以及海門電廠相關(guān)熱工人員的大力支持和幫助，在此表示深深的謝意！
參 考 文 獻(xiàn)：
[1] 沈?qū)W東，王蔚然．現(xiàn)場總線技術(shù)綜述[J]．華北電力技術(shù)，1999
