基于现场总线的电动执行机构在电站工程的应用研究

　　2 基于现场总线的电动执行机构

　　现场总线技术是指现场设备与自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的自控技术。它将具有数字计算和数字通信能力的专用微处理器置入传统的测量控制仪表，并按公开、规范的通信协议把它们连接成网络，形成适应各种实际需要的自动控制系统。

　　现场总线电动执行机构在原有电动执行机构功能的基础上，实现了双向通信、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制功能，从而实现了现场总线控制系统一个节点。

　　2.1 Profibus DP总线技术

　　目前，基于现场总线的电动执行机构种类很多，它们应用的总线协议主要包括Foundation Fieldbus、Profibus、CAN等。Profibus作为一种国际性的开放式现场总线，包含三个兼容版本:高速通信的Profibus DP、本安型Profibus PA以及用于系统级和车间级的Profibus FMS。Profibus既可用于自动化系统与现场信号单元的通讯，也可用于连接带有智能卡件的变送器、执行机构等其它现场设备。

　　Profibus DP属于底层控制网络，采用轮循的通讯方式，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计，广泛应用于分布式控制系统的高速数据传输。Profibus DP按照设备的功能特点将设备分为三种类型:第一类DP主站类型1(DPM1)，中央可编程控制器，如PLC，PC等;第二类DP主站类型2(DPM2)，指可编程、可组态、可诊断的设备;DP从站，即一个现场智能I/O设备。根据用户的功能需求，Profibus DP允许构成单主或多主系统，系统配置组态具有高度的灵活性[1]。

　　Profibus DP作为一种比较成熟的总线技术以及对设备级分散I/O控制的独特优势，使它在国内外电力行业过程控制中广泛应用。由于电站辅助车间对象特征单一、相互独立性强且多为顺控、联锁和单参数调节，可采用PLC或DCS监控，所以Profibus DP的应用成为必然，这部分系统包括水处理、除灰除渣、输煤、冷却水系统等。

　　德国Niederaussem电厂就广泛地在汽水循环、烟气系统和机组协调等对安全性没有特殊要求的现场控制中采用了Profibus DP现场总线技术和设备，并把它们纳入DCS控制。在国内电站的辅助系统中，四川广安电厂的水处理系统、连云港新海发电厂200MW机组的DCS改造均采用了Profibus DP现场总线技术，并且取得了良好的效果[2]。

　　2.2 现场总线电动执行机构的应用优势与注意问题

　　现场总线电动执行机构与普通电动执行机构相比，具有较大的优势。带通信协议的总线电动执行机构需要使用的辅助设备少，无需任何隔离、转换和输入输出模块，同时减少大量信号电缆、电缆配件及相应的安装和检修工作;现场总线电动执行机构具有双向通讯功能，操作人员可在控制室进行标定、参数设置、功能组态及在线监测和故障分析，操作维护异常便利;由于现场总线电动执行机构带有微处理器，对于运行人员无法判别的故障，设备厂家可通过通讯接口进行远程诊断。

　　在电站自动化领域，由于现场总线技术的应用还有待进一步深入和扩大，其稳定性还有待于时间的检验，所以对于采用现场总线电动执行机构，应充分考虑电站自动化系统的特征和现场总线电动执行机构的优势，以期达到应有的效果。

　　(1) 在电动执行机构应用较多的电站辅助系统，比如水系统中的工业水、生活水、消防水、废水和单元机组中的开、闭式水系统，物理位置相对分散，且多为顺序控制、联锁或单参数调节，可采用现场总线电动执行机构;

　　(2) 现场总线电动执行机构的通信协议必须与控制系统的通信协议相匹配，这是实现局部现场总线控制系统的基本条件。可根据主控制系统的类型来确定电动执行机构的通信类型，如果控制器完成较为简单的控制功能，则可根据性价比同时选择控制器和电动执行机构的通信类型;

　　(3) 现场总线电动执行机构物理地址的设定必须与控制器中的地址相对应，以防止产生作为被控对象的不同电动执行机构的误动和拒动，从而给安全生产带来严重后果。

　　3 应用实例

　　在浙江国华宁海电厂一期工程中，现场总线电动执行机构主要用于机组闭式循环水系统。在该系统中，闭式循环冷却器、汽机润滑油冷却器进口、出口、旁路电动门等34个执行机构采用了AUMA现场总线电动执行机构。

　　3.1 AUMA现场总线电动执行机构

　　AUMA MATIC电动执行机构为原装进口一体化现场总线产品，其开关型电动执行机构可以接受开、关、停数字量控制信号并能满足DCS程序控制的要求，本体配置手轮和手／自动切换机构，通过现场控面板可以进行Remote(远方)、Off(停机)、Local(现场)的转换，并且有"开、关、停"操作按扭和全开、全关位置到位指示灯及故障指示灯。电动执行机构在失去电源或信号时，运行到全开、运行到全关、停在原位等三种保护功能可由用户在现场设定。执行机构配置一体式电源控制板，用户只需提供动力电源，内部控制电源由执行机构提供。执行机构的控制和反馈信号可直接接收和送至DCS系统，中间不需要增加任何转换和隔离设备。

　　执行机构的控制单元配有双通道Profibus DP冗余总线接口，可接受来自控制室的数字量信号。作为Profibus DP总线系统的从站，其从站地址可通过执行机构本体上的液晶显示器和按钮进行设定和确认。

　　3.2 网络硬件架构

　　根据电动执行机构的位置分布和功能实现，应用中把这34个电动执行机构分成了两组，每组17个执行机构，分别挂在不同的Profibus DP总线上，总线网络架构如图1所示。

图1 AUMA现场总线电动执行机构网络构