现场总线应用于电力行业的全面分析

但遗憾的是，尽管我国电力建设的模式和体制发生了重大变革，但重视控制工程基本建设造价、轻视运行维护及管理费用的观念在相当多的投资方和建设方的思想中还占据相当的地位。另外，由于目前现场总线技术在国内电厂的应用示范工程较少，各种文献中提出的节省投资费用也缺乏具有说服力的实例，而各种现场总线产品的市场价格确实比常规仪表和控制装置高出许多，设计院在方案阶段由于设计深度的限制，也拿不出全面、系统的技术经济比较数据，更不要说投产后的潜在经济效益了。

长期效益可观：专家认为，利用现场总线技术，乐观的讲在初期投资时现场总线的效益就能有所体现，就算保守的计算，也能与现在所采用的技术和设备达到基本持平。虽然目前有些现场总线用设备比普通智能型设备在价格上还要贵一些，但随着技术和生产能力的进步，价格也在不断接近。从长远运行效益来看，现场总线系统及设备应用后，运行、维护成本大大降低，人员工作量大幅减少，适应现代化管理的要求，潜在经济效益可观。

六、选用态度／投资态度

· 阎欣军：

一个火力发电厂设计要经历立项、项目审批、设计、施工调试等几个阶段，具体可划分为初步可行性研究阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段几个重要过程。在初步可行性研究阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段都要经过各方人士审查。在可行性研究阶段工程的总投资基本上已确定。

投资方及业主单位要尽早明确是否同意采用现场总线技术，以及可以接受使用的范围。如采用现场总线，必要时要与设计院一道做主辅机厂家的工作，对其供货范围内的现场仪表及控制设备进行跟踪以保证现场总线的顺利实施。

火力发电厂一直遵循“安全、可靠”的原则，安全第一。长期以来人们已经习惯了这样的模式。目前我国电力行业迎来了前所未有的市场发展机遇，各投资公司都想抓住这个机会把早日发电赢利作为一个最终目标。因为国内还没有实质性大面积的使用，连接现场总线设备的现场总线不能冗余，使得部分人士对底层现场总线在发电厂环境下应用的可靠性持怀疑和观望的态度。如使用现场总线，可能会有一定的风险，在目前形势下需要有一定的勇气。

要在电厂采用现场总线，首先是要经过投资方和业主的同意，投资方和业主首先要了解采用现场总线后对投资的影响、机组安全运行可靠性是否降低、对设备的要求、对物资采购和管理的要求。投资方和业主是否能在采用现场总线技术所能带来的长远效益上有深入认识，与集团公司整体的思路不无关系，如果目前还不能接受现场总线是可以理解的，毕竟电厂运行安全是最重要的。

赵瑞阳：

投资方和建设方在使用现场总线技术方面应起关键作用，一方面应立足于企业的长远效益来考虑应用现场总线的问题；另一方面应用现场总线不纯粹是技术方面的问题，可能会涉及项目的投资和进度风险，设计院应对应用现场总线技术提出透彻的技术分析报告，讲清应用现场总线的利弊和投资估算，提出切实的项目实施计划和风险应对方案。但各方应坚持一个共识，即只要有合适的场合、合适的产品及合适的效能比，就应积极使用现场总线技术及产品。

七、设计态度

· 阎欣军：　

近几年来，现场总线一直是我们设计人员致力想用的，我们做了充分的技术储备，包括请高校老师讲课培训、专业人员系统地进行学习、了解现场总线设备，并一直在寻找使用现场总线的机会。

设计单位要负责向投资方及业主进行技术交底，说明采用现场总线后的优点和可能带来的问题；各专业间要相互配合协调。最重要的是要对现场总线技术有足够充分的认识。重点解决接口连接问题。

发电厂的控制系统是一个庞大的系统工程，它需要锅炉、汽机、发电机及其辅机的相互协调，现场总线控制系统中的现场设备可实现基本的控制功能，但复杂系统的协调控制如何实现仍是需要考虑的问题。

设计原则在工程设计开始阶段就要确定。在可行性研究阶段按可研对热工自动化的要求，只是说明控制方式与控制水平，如确定要采用现场总线，应在可研报告中明确。但此时至少热工自动化专业没有与投资方及业主方专业人员接触，不知道他们的真实想法。由于现场总线的应用还不够系统和广泛，可能在可研审查时会要求再做调研。而在可研与初步设计之间，主机将确定，但不能确定主机随带的控制设备和调节阀门是否采用智能型，加上主机制造厂在目前电力市场的大好形势下不会因为某个工程而改变其已定型的供货。因此，在初步设计开始时再探讨是否采用现场总线效果不会很大，会由于主辅机的原因、工期的原因而放弃。

热工自动化专业的特点是为工艺专业服务，完成工艺系统控制。是否采用现场总线，不是热工自动化专业能够决定的，而是要各工艺专业（如机务、水工、除灰、暖通等专业）及制造厂的支持配合。要求随工艺及设备带的控制设备和调节阀门采用智能型。

此外，施工单位要重视现场智能仪表及智能控制设备间通信电缆敷设的可靠性问题。有些地域环境条件很差，这就对通信电缆的敷设提出了新的要求，在施工中要充分给予重视。

赵瑞阳：

目前现场总线之所以在电厂中没有能够大规模使用，另一个主要原因就是因为电力设计人员对现场总线的技术还不够了解，对它在现场的应用情况还存有疑虑。

我们一直强调在电厂应用的控制系统必须已有在2台同类型机组3年以上的成功应用业绩。需知现场总线技术已发展了十多年，支持现场总线技术的智能设备已经基本成熟，且在其他行业得到了广泛应用。由美国电力研究院主持编制的核电厂用户要求文件UDR中已将现场总线作为核电厂控制系统的选项，这对我们在火力发电厂应用现场总线技术应该有所启示。

设计院在应用现场总线技术方面应要求设计人员要有创新意识，管理层要为设计人员营造设计创新条件和环境。现场总线技术不同于常规设计，设计院各级领导应重视和加强自身及对设计人员的技术培训和知识更新。针对这种情况可以先在电厂的某些工艺过程中少量的使用现场总线技术，在取得一定的运行和维护经验以后再大规模推广使用。比如，在主厂房区域，当DCS支持FF现场总线标准时，可以将那些单参数调节回路从DCS控制器中回到现场的智能变送器或智能执行机构中实现。同样在辅助车间的控制系统中也可以采用这种方式。

自动化设计人员要努力提高自己的业务水平，改变目前在常规DCS和PLC系统设计方面的习惯做法，熟练掌握和应用现场总线技术和产品。设计院现在几乎不参与DCS或PLC系统施工图阶段的网络构建与配置工作，只负责提供P&ID、初步的I/O清册，最终完成DCS或PLC的外部接线图。这样做的后果就是，设计院对全厂的控制策略掌握不透彻，对系统组态方式和功能分布是否合理了解不深入。

要扭转这种局面，设计院应抓住应用现场总线技术的机遇，加深设计深度，适应新技术带来的转变。这种改变主要体现在以下几个内容：P&ID图、仪表位置布置图、调节框图和逻辑图、设备规范和数据表、接线图、电源配置图等。举例来讲，目前设计院施工图一项重要的工作就是绘制接线图。在使用现场总线后接线图的数量将会大幅度减少，因为现场总线是用一根电缆将多个设备连接起来，然后再接到上层网络，而省去了大量的一对一连接线绘图工作。从现场总线的结构来看，网段设计对整个现场总线系统正常运行起着非常重要的作用，是现场总线系统设计的核心技术，因此设计院的接线工作将会转移到现场总线的网段设计以及布线的工作中去。

当采用FF现场总线时，P&ID图工作显得尤其重要，现有的P&ID图深度要提高，因为在采用FF现场总线标准的情况下，需要通过P&ID规划系统和设备的控制策略。在P&ID图的设计中，需引入区域设计的概念。为了达到调节功能和逻辑的可靠和完整，通常一个回路的所有I/O应处于相同的区域；采用P&ID应确保所有与区域回路有关的点都在那个区域内。

八、采购态度

· 赵瑞阳：

现在电厂控制设备的采购大多是由设计院编制设备规范书，由建设单位组织采购，也有一些设备由施工单位采购，还有的控制装置由主机厂配套或分包。这种设备的采购方式难以确保按照统一的总线标准供货。根据现在的实际情况，即使规范书中的技术条件十分明确，往往现场到货却是另一回事。不同的现场总线标准是不兼容的，不能达到预期的效果。另外，现在建设方只允许设计院开列检测和控制装置的工艺参数要求，而不开列具体型号和供应商，致使设计院在设计时不知道将来到达现场的是什么样的设备。而这样的采购方式如果继续沿用到应用现场总线技术的系统设计上，将会产生严重后果，甚至不能保证现场总线系统正常工作。因此，在确定工程中采用现场总线标准后，采购方式必须调整。

在主机和辅机招标过程中，涉及配套仪表和控制装置的供货，其总线标准必须等DCS系统招标后再确定，也就是说，用DCS支持的现场总线协议决定其他配套设备的总线协议的选择；或者，尽可能减少主、辅机配套的仪控设备，由建设方和设计院根据DCS招标后确定的总线标准再集中采购。

辅助系统控制系统的选择也可以改变以往控制装置由系统集成商配套的做法，各辅助系统采用的PLC可以确定合适的某两种总线标准集中招标采购，以利于现场设备的总线标准统一。无需强调辅助车间控制系统采用与主厂房一致的现场总线协议。

在招标书中可以指定两种比较成熟、且支持的供应商较多的总线协议供选择。现场总线适用范围由投标的DCS供应商提出推荐方案。选用总线协议的原则有两种，一是跟着DCS走，二是使用设计方熟悉的协议。

投资方、建设单位对于设计院采用现场总线技术的设计方案，须给予足够的设计周期，并在产品设计选型方面给予更多的自主权，因为总线产品的选型需要供应商更为详细的设计配合。
　　
与时俱进、大胆创新、谨慎求实：从历史的角度看，技术的进步总是可以起到解放生产力的作用，推动社会不断向前进步发展。因此，效益也好，可靠性也好，相信都会随着技术的进步得到提高和保证。况且这项技术在其他行业已经得到了认可，在电厂与电网的局部也有成功应用，只是现在需要各方的积极努力，达成共识，建起更多的单个完整系统的试点工程实践。通过试点，不断摸索，提高可靠性，做出具有说服力的经济分析。

一个电力项目的服役期一般都在几十年，无论投资者还是设计者都应着眼于长远，用科学发展观的眼光看待新技术、新事物，为其发展助一臂之力；工作态度、工作流程也都应与时俱进。

九、总线发展

赵文华：

由于现场总线现今还是多种标准共存的局面，没有事实上统一的标准，给用户的使用也带来很大的困惑；目前符合现场总线标准的产品规格、品种少，国产设备更少；支持现场总线标准的智能设备价格高等原因，构成了现场总线技术发展的障碍。对于电力行业来说，由于电厂自身的基建模式，它对安全可靠性的高要求，电力设计的生命周期，以及电力行业现有设计人员对现场总线技术知识的欠缺等因素使得现场总线技术目前在电力行业的应用相比其他工业应用领域显得很薄弱，需要电力行业设计人员共同努力，大胆创新，大力推进现场总线技术在电力系统中的应用。

阎欣军：

火力发电厂推进现场总线的应用，涉及到审批单位、投资方、业主单位、设计单位、施工单位、产品供应单位等各方面。我们建议审批单位给出明确的导向，是否可考虑在小范围如单一控制回路使用，积累经验后再总结推广。

赵瑞阳：

在近几年的电力建设过程中，电力生产企业的信息化管理引起了广泛的重视，投入了大量的资金构建辅助控制系统网络、电厂实时监控系统（SIS）和电厂信息管理系统（MIS）,而对于现场级的设备依然采用传统的装置和方式接入控制系统I/O子系统，生产过程的监控只能到达I/O子系统。这对于以预测性设备维护和设备管理为预期目标的信息化建设，无疑是“无源之水”。因此解决电厂“信息盲区”的根本出路是应用支持现场总线的智能现场设备。

推广现场总线是明智之举：尽管到目前为止，市场和工程实践中尚缺乏真正意义上的现场总线控制系统供电厂使用，但不代表我们在现场总线技术方面无所作为。只要我们认清应用现场总线技术的真正目的，克服制约现场总线技术在电厂的应用障碍，我们就能让现场总线技术为电厂自动化和信息化发挥积极的贡献。

十、产品应用

李利：

Profibus在电力行业最典型的应用是德国尼德豪森电厂2X950MW机组的DCS系统。德国尼德豪森电厂隶属于德国RWE电力公司，该电厂K机组采用了热电联产方式，总出力达到1012MW，由于采用了过程优化技术，整个机组的效率达到了45%。K机组为超超临界机组，主汽温度为580℃，主汽压力达到27MPA。整个机组的DCS系统中由于采用了PROFIBUS现场总线技术，实现了现场设备智能化，设备状态和状态信息都能通过总线传输到DCS系统中，是目前全球范围智能化程度最高，采用总线技术最全面，装机容量最大的机组。

除了DCS系统之外，西门子公司还提供了汽机的DEH系统、智能仪表、执行机构、SIS、MIS、马达保护装置等系统和设备，并承担了控制室的设计任务。

DCS系统包括2700个模拟量输入、模拟量计算点845个、模拟量输出点3个、流量计输入点63个、开关量输入3798个、开关量输出67个，这些信号中采用常规信号的，通过ET200远程I/O进行采集并通过PROFIBUS-DP与DPU相连；采用HART协议的仪表通过HART协议与远程I/OET200通讯。整个系统包括721台马达、670个电磁阀、957个阀门定位器、698台电动执行机构和350个现场控制器，这些智能设备均通过PROFIBUS-DP与DPU相连。整个系统于2002年12月投入商业运行，整个系统只需配备一个操作员，大大提高了电厂的自动化水平。除了尼德豪森电厂外，还有德国曼海姆电厂DCS系统采用PROFIBUS总线，柏林北部电厂DCS系统采用PROFIBUS总线，慕尼黑电厂DCS系统采用PROFIBUS总线，礼克林豪森电厂DCS系统采用PROFIBUS总线等很多国外电厂的DCS系统都采用了PROFIBUS总线结构。

在国内电力系统中也有很多应用，如江苏夏港电厂DCS系统采用PROFIBUS总线，韩峰电厂DCS系统采用PROFIBUS总线，山东莱程电厂DCS系统以及华能玉环电厂主厂房外补给水系统均采用了PROFIBUS-DP总线结构。

因此，可以毫不夸张地说，采用PROFIBUS现场总线的新一代过程控制系统必将成为保证电厂安全可靠运行的生力军。

当前我国正处于一个改革创新的时代，只要是对发展有利，就应该勇于实践。作为投资主体的发电集团，随着电力体制改革进展的加速，火电厂信息化已经成为日益迫切的要求，再过3～5年，如果一个电厂仍未实现生产过程的自动化和现代化管理，那么在电力市场竞争中势必将会处于十分被动的地位，这是运营者不愿看到的。因此，数字化和信息化任务已经迫在眉睫！

我们必须站在社会发展和技术演变的高度，辩证地看问题，摸清火电厂自动化技术发展的进程，加快推广应用现场总线技术，既要谨慎求实，也应勇于创新。通过试点不断摸索积累经验，早日实现电厂信息化。