Ovation现场总线培训总结

2017年3月20-24日，在部门领导的支持下，火电事业部李欣欣、李亚玮、杨金三人参加了由艾默生过程控制有限公司组织的现场总线培训。

课程主要分为三个部分：一是Profibus-DP通讯、硬件、组态及安装指导，二是Foundation Fieldbus通讯、硬件、组态及安装指导，三是组态现场参观及系统组态调试注意事项介绍。

现场总线是安装在制造或过程区域的现场设备（Field Device）与控制室内的自动化控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。

一、现场总线与传统DCS

现场总线与传统DCS的信号传输方式不同。传统DCS采用一对一单向信号传输方式，现场总线技术采用一对多双向信号传输方式。

现场总线与传统DCS相比，实现了系统的进一步分散化、就地化和智能化，可大量减少电缆长度及敷设接线成本，但同时要有数字化施工的概念，数字通信电缆、智能仪表的成本，以及施工的成本均会增加。并且，由于无法利用传统的万用表等模拟量测量仪器对现场设备及其通信系统进行检测，因此，现场总线系统对故障维护和调试设备人员的素质要求更高。

现场总线与传统DCS项目相比，可节省大量卡件、机柜及控制室的空间，柜内整洁，同时组态文档更为简洁高效，可传递更多的设备智能信息，可实现电厂故障诊断和预测、状态检修，丰富和快捷的诊断数据传输加强了预维护能力。

就现阶段而言，现场总线技术的成本一定比原来高。

二、PROFIBUS-DP与FF H1总线

现阶段火电厂的FCS主要基于两种现场总线协议：FF与PROFIBUS。各供应商采用的技术流派不同。比如西门子T-3000系统采用的是PROFIBUS-DP与PROFIBUS-PA总线技术。而Ovation系统采用的是PROFIBUS-DP与FF H1混合协议总线技术。

PROFIBUS-DP现场总线技术使用全数字双向通讯总线协议。PROFIBU网路通讯的本质是RS485串口通讯，传输介质为RS－485双绞线，双线电缆或光缆。网络的通讯波特率为9.6kbps～12Mbps,实际应用中，网络波特率与通讯距离有关。DP总线不带电，就地控制箱内有独立电源为设备供电，DP总线上可连接执行机构等设备。

Ovation系统DP总线的传输导线采用标准PROFIBUS-DP通讯电缆（紫色）或多模光纤（2km以内）、单模光纤（2km以上）传输。

FF H1现场总线为用于过程自动化的总线，通讯速率31.25kbps，提供本质安全，同一网段内，一般采用混合型拓扑结构，该类型拓扑是树行和多站型拓扑的结合，既可较好发挥前两种拓扑的优势，又可克服它们各自的局限性。FF总线可以总线供电，两线制总线设备（总线供电）需要9-32VDC，一般为24VDC，通常可连接压力表、温度表、质量流量计、电磁流量计、PH计、阀门控制器等设备。

Ovation系统FF总线传输导线采用Type A型屏蔽双绞线（橙色）或多模光纤（2km以内）、单模光纤（2km以上）传输。

三、卡件安装及应用

理论上没有完全意义上的冗余，只有局部的冗余，或者说是只有某个层面的冗余。

Profibus-DP模块的安装，一般项目根据需要采用非冗余，卡件冗余或通道冗余三种安装方式。如采用通道冗余，则要求各设备均有冗余接口，这对设备提出了更高的要求。

FF模块的安装，一般根据项目需要采用卡件非冗余（即冗余网络、冗余控制器、非冗余现场总线及设备）或卡件冗余（即冗余网络、冗余控制器、冗余现场总线主设备、非冗余现场总线及子设备）。FF总线设备无冗余接口，因此做不到通道冗余。

卡件非冗余方式  

卡件冗余方式

每个DP模块有2个总线段，理论上一条总线上允许存在126个主从设备，但实际应用中，受电源负载能力和传输距离限制，以Ovation为例，一条总线上的从设备数量在14-16个以下。距离越远，信号衰减越严重。同时每个设备之间的线缆长度要求大于1米。

每个FF模块有2个总线段，但从装置功率消耗电流值的量（15mA～25mA）计算，典型网段限制中电流值为350mA，因此一般每个总线段可连接14-20个设备左右。

实际应用中，每个网段上设备的数量由网段长度、回路响应速度等要求决定。

同时，挂在同一条总线上的不同设备，通信协议相同，但驱动文件（DD文件、GSD文件）各不相同。目前，的确存在设备厂家的驱动文件或配置文件过于随意的现象。甚至同种仪表，如果批号不同，其驱动文件也不同。因此，在实际应用中，FCS控制系统供应商会配合设计院提出现场仪表设备选型建议，未合作过的厂家及批次型号的仪表，须要到FCS供应商所在地校验GSD文件，以保证设备的正常投入和运行。

而更为稳妥的方式是，在FCS供应商或电厂所在地，建立现场设备兼容性实验室，对所有参与投标的总线设备进行兼容性实验，以明确FCS开放性问题的责任与界限，避免FCS工程项目在仪控标段执行过程中出现的各种不兼容问题。

此外，系统中不建议使用中继器，一条总线上必须避免地址冲突。

四、常见的施工、安装要求

总线现场施工必须严格执行规范，现场经验表明，绝大部分现场总线问题，是由施工问题引起的。

常见的线缆施工要求有：（1）电缆敷设时避免绷得过紧引起应力；（2）不能出现过小的弯曲半径，否则降低屏蔽效果；（3）推荐总线线缆敷设在弱电电缆槽里或单独的电缆槽里；（4）如与强电电缆敷设在同一槽内，则总线线缆与400V以下电缆至少保持10cm距离，与400V以上电缆至少保持20cm以上距离；（5）从FF接线箱到现场仪表的电缆长度最好不要超过30米；（6）通讯电缆单独在线槽外布线时，可根据情况采用穿金属管的方式，防止干扰，但注意外部金属管需要接地；（7）通讯电缆与动力电缆避免长距离平行布线；（8）通讯电缆过长时，避免形成环形。

对于FF仪表的安装，与传统仪表相似，但要额外注意两点：（1）建议通过在FF仪表上安装接地线/条的方式来确保仪表外壳的可靠接地。实践证明通过变送器/阀组安装托架的接地连接不可靠。（2）每个FF仪表安装好后，其调试标签须一直挂在FF仪表上。标签上包含仪表试运时所需要的仪表识别码（DEVICE ID）和设备固件版本（DEVICE REVISION），组态时必须选择相应的驱动文件版本与之对应。

五、培训设备、组态画面及机柜包装图

    以下是本次培训的器材和组态界面。培训期间，通过我们的主动协调与争取，培训人员对中电普安项目的DEH机柜进行了现场调研，机柜包装图如下。

接线箱及变送器

组态界面

中电普安项目DEH机柜包装

六、总结

本次培训既有理论基础，又有实际操作。通过培训，我们加深了对现场总线技术的认识。在今后的工作中，仍需深入理解并应用到每一次的招标采购中，切实提供专业咨询意见，协助业主规避风险，响应集团公司要求，为建设具有一键启停、现场总线功能的数字化电厂建设尽一份力量。

七、建议

近十年来，FCS系统作为过程工业领域控制系统的新一代技术标准，已迅速地取代火电厂传统的DCS，成为新建先进火电机组仪控系统的热门可选项，各发电集团几乎都投产了FCS示范电厂，如华能九台、华能金陵，国电肇庆，国华宁海等等。更进一步地说，FCS是构成下一代智慧电厂与数字电厂仪控系统框架的硬件基础。

培训人员通过本次培训，并结合招标过程中工作实际经验，建议公司以科研项目的形式建立FCS兼容性测试实验室。通过实验室的建设，结合招标人员FCS技术资质的获取，本部门可以解决招标过程中，业主单位的现场设备与FCS控制系统之间可能出现的设备兼容性问题，并且，可以提高本部门仪控专业的技术能力，为本部门的仪控系统招标工作奠定结实的工作基础。据培训者调研，集团内尚无此类同类实验室，如果能获得相应的技术资质与规范认证，可以成为仪控系统招标工作中新的业务收入增长点。

实验室是否可以建设，进一步讲，实验室是否能为本部门带来额外的招标代理费用，费用方式如何收取，以上建议仅为培训人员的初步建议，建议是否成熟可行，请领导研究决定。

供稿人：李欣欣