一、概述
鄒縣電廠2臺10OOMW機(jī)組采用帶Ovation?專家控制系統(tǒng)和基金會現(xiàn)場總線技術(shù)的PlantWeb?數(shù)字工廠管控方案。這是中國首例在電廠安裝FF 基金會現(xiàn)場總線設(shè)備用于監(jiān)測和過程控制的項(xiàng)目。
FF基金會現(xiàn)場總線是艾默生過程管理PlantWeb?數(shù)字工廠管控結(jié)構(gòu)的重要核心部分，在全球各
行業(yè)有上千套的實(shí)際應(yīng)用，它能夠?yàn)楣S真正節(jié)省費(fèi)用和提高運(yùn)行效益。
中國華電集團(tuán)在鄒縣電廠7號和8號機(jī)上采用了FF基金會現(xiàn)場總線和PlantWeb?技術(shù)，其中包括AMS TM Suite設(shè)備管理軟件中的智能設(shè)管理軟件以及130多臺基金會現(xiàn)場總線智能儀表，其中有Rosemount?848T溫度變送器、Fisher?以及Rosemount?智能現(xiàn)場設(shè)備。
鄒縣電廠在100OMW機(jī)組中首次采用了FF基金會現(xiàn)場總線，既有大量溫度測點(diǎn)的采集，也成功實(shí)現(xiàn)了對調(diào)門的控制，相對與傳統(tǒng)的控制方式而言，它是熱工控制發(fā)展的另一趨勢。鄒縣電廠在10OOMW機(jī)組FF基金會現(xiàn)場總線的成功使用為今后的大量推廣積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
自20世紀(jì)80年代現(xiàn)場總線問世來，現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)眾多，每種標(biāo)準(zhǔn)都代表了各大公司的利益，長期末得到統(tǒng)一。1994年，ISP與WORLD FIP兩大組織合并，致力于推出國際上單一的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。為更好地開展工作，成立了現(xiàn)場總線基金會(Foundation Fieldbus，簡稱FF)，國際上許多著名的自動化公司均為會員，是國際公認(rèn)的唯一不附屬于企業(yè)的非商業(yè)化的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織。
Fieldbus是全數(shù)字方式、雙向的、多DROP的通信協(xié)議，將智能的設(shè)備相互聯(lián)系起來:如執(zhí)行器、傳感器、分布在工業(yè)現(xiàn)場的分散設(shè)備和控制器等。
在機(jī)組的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，這種協(xié)議處于最低級別，它是一種現(xiàn)場區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Local Area Network，簡稱為LAN)。它支持將基本控制和輸入/輸出功能從分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場設(shè)備。
因此，F(xiàn)F和傳統(tǒng)的DCS控制理念完全不同，傳統(tǒng)的DCS控制是將就地的信號采集到電子設(shè)備間，通過輸入卡件對信號進(jìn)行處理完成信號的輸入功能，在相應(yīng)的DPU中進(jìn)行邏輯判斷，然后形成輸出點(diǎn)，再輸出至現(xiàn)場，信號采集和信號的輸出都是通過電纜傳輸，傳輸信號是模擬量方式。
Fieldbus技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)取代4~2OmA信號，為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信，因?yàn)槭菙?shù)字傳輸機(jī)制，有更好的除噪功能。
(2)信號在就地進(jìn)行采集、處理、輸出，報(bào)警、趨勢分析等功能分散在現(xiàn)場級的裝置中，大大減少了電纜的使用。
(3)各家產(chǎn)品可交互操作和互換使用。
(4)可在線診斷現(xiàn)場級設(shè)備。
(5)開放式系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)被承認(rèn)。
二、現(xiàn)場總線的組成
FF是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提出的，共使用了七層協(xié)議中的三層:1、2和7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈層和應(yīng)用層，并增加了第八層用戶層。
(1)物理層。定義了傳送數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)、信號波形和幅度限制，以及傳輸介質(zhì)、波特率、功耗和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。7號機(jī)組所用的傳輸介質(zhì)是有線電纜。通過有線電纜可以定義兩種速率標(biāo)準(zhǔn):低速總線租高速總線。7號機(jī)組所用的是低速總線標(biāo)準(zhǔn)。H1為用于過程自動化的低速總線，波特率為31.25kbits，最大傳輸距離為1900m。7號機(jī)組用單獨(dú)的電纜向現(xiàn)場裝置供電(24VDC電源，OVATION系統(tǒng)提供)，在同一傳輸信號的電纜上，可連接32臺現(xiàn)場裝置。
(2)鏈路層。由上下兩部分組成，下層部分對傳輸介質(zhì)傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行發(fā)送、接收控制。上層部分是對數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的裝置。
(3)應(yīng)用層。給用戶提供接口，對讀、寫、中斷和操作信息定義。
(4)用戶層。在這一層中，規(guī)定了可以使用的標(biāo)準(zhǔn)模塊：Function Block，用戶可以使用這些模塊組態(tài)邏輯。功能塊包括輸入、輸出、算法等。在OVATION的CB中提供了FFAl、FFAO、FFPID等算法塊，在做邏輯時(shí)，可以直接使用。
三、系統(tǒng)在7號機(jī)組上的應(yīng)用
鄒縣電廠7、8號機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用艾默生(EMERSON)過程控制有限公司基于WINDOWS XP的OVATION系統(tǒng)。
以1臺機(jī)組為例(7號機(jī)組)，DCS系統(tǒng)包括34對冗余控制器：#1/5lDPU~#34/84DPU;2臺工程師站ENG2OO和ENG2Ol，ENG200是整個控制系統(tǒng)的服務(wù)器(Server站);6臺操作員站OPR2O0~OPR216;1臺歷史站HSRl60;1臺OPC187站。
#4/54DPU和#6/56DPU中安裝了現(xiàn)場總線。
OPC187站安裝了AMSTM Suite設(shè)備管理軟件中的智能設(shè)備管理軟件，可以對現(xiàn)場的基金會現(xiàn)場總線智能儀表進(jìn)行在線檢測、維護(hù)、故障診斷，而不必去設(shè)備現(xiàn)場檢查，也不需要用專用儀器如375HART通信器掛在設(shè)備信號回路中才能看到設(shè)備的信息。AMS智能設(shè)備管理軟件具有375HART通信器所具有的所有功能，并且是WINDOWS XP的界面，操作界面更加友好，操作更加簡易直觀，可以完全取代375HART通信器。
3.1 測點(diǎn)情況
以下測點(diǎn)都在OVATION系統(tǒng)中組態(tài)，組態(tài)方法和OVATION系統(tǒng)其他點(diǎn)一樣，當(dāng)OVATION系統(tǒng)組態(tài)工作結(jié)束后，需要將組態(tài)導(dǎo)出到FF的現(xiàn)場設(shè)備中，在上述工作成功完成后，測點(diǎn)在OVATION系統(tǒng)中的使用、歷史存儲和系統(tǒng)中的其他點(diǎn)完全相同。調(diào)門作為調(diào)節(jié)控制回路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只需要在組態(tài)時(shí)，用支持FF系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模塊力口FFAI、FFAO等，當(dāng)組態(tài)完成后，PID參數(shù)可以在線在OVATION系統(tǒng)中修改，和OVATION系統(tǒng)中其他參數(shù)的修改完全一樣。
DROP4/54中為鍋爐側(cè)金屬壁溫測點(diǎn)，包括螺旋水冷壁出口金屬壁溫、后螺旋水冷壁出口金屬壁溫、左側(cè)螺旋水冷壁出口金屬壁溫、前上部水冷壁出口金屬壁溫、左側(cè)上部水冷壁出口金屬壁溫、右側(cè)上部水冷壁出口金屬壁溫、頂棚管出口金屬壁溫、前尾部包墻出口金屬壁溫、左側(cè)尾部包墻出口金屬壁溫、右側(cè)尾部包墻出口金屬壁溫、后尾部包墻出口金屬壁溫、中隔墻尾部包墻出口金屬壁溫、水平煙道(底部)出口金屬壁高再出口金屬壁溫、屏過出口金屬壁溫、高過出口金屬壁溫、低溫過熱器出口金屬壁溫共230個測點(diǎn)，這些測點(diǎn)都是K分度的。這些測點(diǎn)的現(xiàn)場接線分配在兩個現(xiàn)場FF機(jī)柜中，在鍋爐71m東西兩側(cè)。
DROP6/56中為汽機(jī)側(cè)溫度測點(diǎn)、3個軸封系統(tǒng)的調(diào)門、3個軸封母管壓力變送器。汽機(jī)側(cè)溫度測點(diǎn)包括發(fā)電機(jī)定子層司溫度(PTlO0)、發(fā)電機(jī)銅屏蔽溫度(汽端)、發(fā)電機(jī)定子鐵心溫度、發(fā)電機(jī)定子線圈出水溫度、發(fā)電機(jī)AB冷卻器進(jìn)風(fēng)溫度(PTlO0)共102個測點(diǎn)，除標(biāo)注為PTlO0外，其余都是T分度的。這102個測點(diǎn)的現(xiàn)場接線分配在一個現(xiàn)場FF機(jī)柜中，在汽機(jī)側(cè)6.7m凝汽器東南側(cè)。另外，3個軸封系統(tǒng)的調(diào)門為輔汽至軸封壓力調(diào)節(jié)閥、軸封溢流調(diào)節(jié)閥、冷段至軸封壓力調(diào)節(jié)閥，3個調(diào)門和3個壓力變送器都是專門支持FF總線的設(shè)備，這6個設(shè)備的現(xiàn)場接線在汽機(jī)側(cè)6.7m凝汽器西側(cè)。
3.2 接線情況
以汽機(jī)側(cè)測點(diǎn)為例。
圖1所示為鄒縣電廠FF系統(tǒng)汽機(jī)側(cè)控制柜電源分配圖(ZouXian DCS FF Power Layout for Turbine)，位于OVATION系統(tǒng)DROP6/56的擴(kuò)展柜背面。
其中POWER表示FF系統(tǒng)的電源模塊，24V電源進(jìn)線是由OVATION系統(tǒng)DROP6/56的擴(kuò)展柜的卡件底版提供的，GATEWAY是FF基金會現(xiàn)場總線的網(wǎng)關(guān)，每個網(wǎng)關(guān)可以提供4個Hl網(wǎng)段，如圖中所示2個Hl模塊，可以最多輸出4個網(wǎng)段，在7號機(jī)組中只用了3個網(wǎng)段，分別連接到PWRl~PWR3上。
PWRl~PWR3為連接就地848T控制柜現(xiàn)場總線端子接線盒(Fieldbus Junction Box)的電源模塊，F(xiàn)FT-BOXl(+)端和FF-T-BOXl(-)端兩根線是連接到Fieldbus Junction Box的模塊的TRUNK IN(+)和(-)端子上的，這就是FF系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，就地的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后，通過這一對線傳輸。
每個現(xiàn)場總線端子接線盒最多可以帶8個848T,而每個848T可以配置8個測點(diǎn)信號通道，根據(jù)需要可以接熱電阻和熱電偶兩種信號，848T上提供信號端子連接?，F(xiàn)場總線端子接線盒和848T分布在就地離測點(diǎn)較近處，這樣可以大大減少就地測點(diǎn)到柜子之間敷設(shè)電纜的成本。
圖2所示是支持FF總線的調(diào)門和壓力測點(diǎn)的就地接線方式。其中傳輸線是來自O(shè)VATION系統(tǒng)DROP6/56的擴(kuò)展柜背面、EXT6-lPWR3的FF-T-BOX3(+)端和FF-T-BOX3(-)端。
3.3 AMS設(shè)備管理組合
AMS的英文全稱為Asset Management Solution，直譯為中文為:資產(chǎn)管理方案。
面對激烈的市場競爭，如何更有效地利用當(dāng)前的固定資產(chǎn)降低設(shè)備維護(hù)的成本，減少由于設(shè)備原因?qū)е碌纳a(chǎn)波動等要求越來越受到公司管理層酌關(guān)注;而艾默生過程管理有限公司恰恰為該要求提供了針對性的解決方案:AMS設(shè)備管理組合(AMS Suite)。
AMS設(shè)備管理組合是可以管理大量生產(chǎn)設(shè)備，并提供深入分析和決策支持的軟件。AMS設(shè)備管理組合擁有當(dāng)前工業(yè)界的頂尖技術(shù)，它利用對工廠設(shè)備的預(yù)測和前瞻性維護(hù)以及優(yōu)化其經(jīng)濟(jì)性能來提升整體工廠的有效性。目前全球已安裝了1萬多套艾默生的預(yù)測性維護(hù)和設(shè)備優(yōu)化軟件。AMS設(shè)備管理組合是隨著設(shè)備信息平臺的出現(xiàn)而誕生的，它可以收集和整理所有的設(shè)備信息以方便用戶做出決策。AMS設(shè)備管理組合使PlantWeb數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)的功能更為強(qiáng)大，它能夠提高生產(chǎn)設(shè)備的可用性和性能，從而使企業(yè)獲得更高的效益。
AMS Suite設(shè)備管理組合是PIantWeb數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)的核心部分。AMS Suite設(shè)備管理組合憑借預(yù)測智能技術(shù)提高包括機(jī)械設(shè)備、電子系統(tǒng)、過程設(shè)備、儀表和閥門在內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備的可用性和性能。
AMS設(shè)備管理組合包括AMS設(shè)備信息平臺、AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)、AMS機(jī)械設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)、AMS性能監(jiān)測系統(tǒng)和AMS實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)。這五大產(chǎn)品涵蓋了智能儀表閥門設(shè)備管理、機(jī)械設(shè)備性能監(jiān)測、過程設(shè)備性能檢測、電氣系統(tǒng)保護(hù)等功能。其中最常用的是AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)。
AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)是針對智能儀表、智能閥門定位器等進(jìn)行在線組態(tài)、調(diào)整、校驗(yàn)管理、診斷及數(shù)據(jù)庫事件記錄的一體化方案。
AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)優(yōu)化了過程儀表和閥門的維護(hù)工作。它的基本功能之一是一個存儲設(shè)備組態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫。AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)支持50多家廠商的400多種HART和基金會現(xiàn)場總線設(shè)備。如果充分利用AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)所有應(yīng)用軟件的優(yōu)勢，那么就能在線獲得儀表和閥門的過程信息和診斷信息，同時(shí)自動對所有設(shè)備的維護(hù)信息進(jìn)行歸檔。
上面提到的智能設(shè)備是指帶HART協(xié)議或帶現(xiàn)場基金會總線協(xié)議的設(shè)備。
利用AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)的快速檢查助手，可對智能儀表及智能閥門快速進(jìn)行接線回路測試及連鎖回路測試，從而減少40%~60%的調(diào)試時(shí)間。通過在一個單一數(shù)據(jù)庫中規(guī)劃和儲存現(xiàn)場設(shè)備的組態(tài)信息實(shí)現(xiàn)快速調(diào)試?？焖俑咝У乇判性O(shè)備回路測試、連鎖確認(rèn)和校驗(yàn)。
提高現(xiàn)場設(shè)備的質(zhì)量:現(xiàn)場設(shè)備永遠(yuǎn)完好、指示永遠(yuǎn)正常只是一種非常理想狀態(tài)，事實(shí)上隨著服役時(shí)間推移，任何現(xiàn)場設(shè)備的性能都會降低，這是一種自然現(xiàn)象，也是我們所必須要面對的。而如何能在設(shè)備異常甚至是將要異常時(shí)，發(fā)出相關(guān)信息警告是非常必要的，這樣就能真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的可控和在控。
AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)能夠提供在線設(shè)備診斷和狀態(tài)信息，如果有設(shè)備處于非正常狀態(tài)，AMS設(shè)備管理系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)。通過合理的使用、監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備，就能便過程更為可靠。
提高工作效率:意味著要保證生產(chǎn)按計(jì)劃順利進(jìn)行。AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)可實(shí)時(shí)在線獲得智能設(shè)備的診斷信息和報(bào)警，因而工作人員能夠?qū)υO(shè)備的健康狀況了如指掌。
同時(shí)，AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)還能對設(shè)備進(jìn)行預(yù)維護(hù)，在設(shè)備發(fā)生故障前，就發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而避免了非計(jì)劃停車，以及由此而引起的重大損失。即便是在計(jì)劃停車期間，時(shí)間也是關(guān)鍵因素。
四、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決情況
鄒縣電廠調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決情況可以給FF系統(tǒng)在其他工程中的應(yīng)用提供借鑒。
(1)調(diào)試中848T的溫度測點(diǎn)信號顯示與實(shí)際不符，檢查為接線方式錯誤，848T提供2種接線方式，分別對應(yīng)就地測溫元件的2種類型:熱電偶和熱電阻，在接線時(shí)要注意。
圖3所示為848飛的外觀圖，在該圖的下部標(biāo)有INPUTl~8的端子為8個通道的模擬量信號輸入端子，從左至右每3個端子對應(yīng)1個通道，每個通道的3個進(jìn)線端子從左至右標(biāo)有端子1、2、3。
圖4所示為848T連接熱電阻(RTD)、熱電偶信號的連接圖。
圖4中從左數(shù)第三個連接方式為熱電偶的連接方式，熱電偶輸出的(+)和(-)端連接至848T的端子2和3上。
根據(jù)實(shí)際使用的熱電阻的情況，熱電阻有3種連接方式，如圖4中的第一、二、四所示:2線制的熱電阻、3線制的熱電阻、帶有補(bǔ)償回路的2線制的熱電阻。
(2)FF系統(tǒng)中的調(diào)門壓力測點(diǎn)組態(tài)不成功，調(diào)門不能正常操作，壓力測點(diǎn)不能正常顯示，檢查為系統(tǒng)中輸入的設(shè)備型號和實(shí)際的不一致，待就地重新核對設(shè)備型號后，組態(tài)成功。
在軟件中對每個支持FF的設(shè)備組態(tài)時(shí)，一定要正確填寫設(shè)備型號，否則FF系統(tǒng)將檢測不到該設(shè)備。
在軟件組態(tài)中，設(shè)備型號是以下拉菜單的形式出現(xiàn)的，從中選擇正確的設(shè)備型號即可。
(3)所有的848T帶的溫度測點(diǎn)周期性地全部變BAD點(diǎn)，檢查為就地848T控制柜接地不正常，修改接地線后，故障現(xiàn)象消失。
進(jìn)入848T控制柜的所有電纜的屏蔽應(yīng)該都接至控制柜的接地排上，而控制柜的接地排應(yīng)該和大地有良好的連接，保證接地正常。
五、結(jié)論
鄒縣電廠7號機(jī)組于2叨6年12月4日投產(chǎn)發(fā)電至今，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢測所有FF的測點(diǎn)顯示正常，調(diào)門調(diào)節(jié)正常，非常穩(wěn)定，沒有發(fā)生過測點(diǎn)變壞點(diǎn)、顯示不刷新、調(diào)門調(diào)節(jié)異常等異常情況。
由于有7號機(jī)組FF系統(tǒng)調(diào)試積累的經(jīng)驗(yàn)，8號機(jī)組在FF系統(tǒng)調(diào)試期間非常順利，沒有出現(xiàn)異常情況，8號機(jī)組已于2007年7月4日投產(chǎn)發(fā)電，F(xiàn)F系統(tǒng)運(yùn)行正常。
經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試以及運(yùn)行檢測，F(xiàn)F系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可以對FF系統(tǒng)在實(shí)際工程中的推廣提供借鑒。
（轉(zhuǎn)載）
