摘要: 现场总线技术是目前自动化控制领域最先进成熟的技术之一，在很多工程实践中得到了应用。本文介绍了基于艾默生过程控制有限公司的Ovation系统为平台，将FF总线和Profibus DP总线技术同时应用于海门电厂海水脱硫控制系统的情况，并阐述了其优越性。
关键词: 现场总线；控制系统；脱硫；Ovation
引言
华能海门电厂作为世界首座采用海水脱硫的百万千瓦机组电厂，规划装机规模为6台百万千瓦超超临界燃煤发电机组，其中1号机组于2009年6月正式投产，同步建设的1号机组海水脱硫装置也投入运行，其主机与脱硫共用了一套DCS控制系统，即艾默生过程控制有限公司的Ovation系统，作为提高机组整体性能和节能环保的重要技术手段，在海水脱硫控制系统中第一次大规模应用了当今最先进和主流的两种现场总线技术，基金会现场总线Ff和Profibus DP总线。
1 现场总线技术标准简介
现场总线技术的发展日新月异，总线标准层出不穷，在电力行业中主要应用了两种现场总线标准，即基金会现场总线Ff和Profibus；
基金会现场总线Ff是由现场总线基金会组织开发的，得到了世界上主要自动控制设备制造商(艾默生、ABB、Invensys等公司)的广泛支持。其前身是ISP和WorldFIP标准，分为低速H1和高速HSE两种通信速率，H1的传输速率位31.25kbit/s，通信距离可达1.9km，加中继器可延长到9.5km，支持总线冗余供电。
Profibus是过程现场总线（Process Field Bus）的缩写，由SIEMENS、ABB、AEG等十几家重要的自动化设备厂家联合推出，符合德国国家标准和欧洲标准EN50170，有Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS三个版本，其中Profibus-DP是一种比较简单的现场总线，具有高速传输、价格低廉、实施简单等特点，该总线物理层采用RS485传输方式，传输速率可由9.6kbps至12Mbps。
2 海门电厂海水脱硫系统简介
烟气海水脱硫是用海水作为脱硫剂达到脱除烟气中SO2目的的一种工艺，与其它脱硫工艺相比较，有以下主要优点：脱硫效率高、投资和运行成本低、工艺简单，维护方便；只需海水和空气；节省淡水；无废弃物排放，减少二次污染。海门电厂海水脱硫系统主要包括：烟气系统、SO2吸收系统、海水供应系统、海水恢复系统及与之配套的控制系统。图1为海门电厂烟气海水脱硫系统工艺流程图。
图1海门电厂烟气海水脱硫工艺流程图
（1）烟气系统。烟气从引风机出口的烟道引入脱硫系统，脱硫系统设进、出口挡板门及烟气旁路挡板门。脱硫系统正常运行时，旁路挡板门关闭，烟气经脱硫系统后由烟囱排出。脱硫系统停止运行时，旁路挡板门开启，脱硫系统进、出口挡板门关闭，烟气直接进入烟囱排放。脱硫系统内的烟气经增压风机进入热加热器（简称GGH）降温后再到吸收塔，净化后的烟气经GGH升温后，由烟囱排入大气。
（2）SO2吸收系统。脱硫系统的吸收塔采用填料塔型，烟气自吸收塔下部进入，向上流经吸收区，在填料表面与喷入吸收塔的海水充分反应，净化后的烟气经塔顶部的除雾器除去水滴后排出塔体，洗涤烟气后的海水收集在塔底部，并依靠重力排入海水恢复系统。脱硫排水达标后由电厂原有的循环水排水口排入大海。
（3）海水供应系统。脱硫吸收剂--海水采用发电机组凝汽器的循环冷却水排水，经海水升压泵升压后直接供给脱硫吸收塔。反应后的海水排至海水恢复系统。凝汽器出口的循环冷却水的另一部分从排水沟引出至海水恢复系统，与脱硫海水在海水恢复系统中混合。
（4）海水恢复系统。海水恢复装置包括：曝气池和曝气风机。来自机组循环水系统虹吸井后的大量的新鲜海水进入曝气池的配水区进行水量分配，其中大部分的海水进入曝气区的前端和直接进入这里的脱硫后的海水混合，小部分的新鲜海水经旁路区直接进入排放区。混合后的海水在曝气区内向前流动过程中进行曝气，通过曝气风机向曝气池内鼓入大量的空气，使海水中的亚硫酸盐转化为稳定无害的硫酸盐，同时释放出CO2，使海水的水质达到同类海水水质标准后排入海中。
3 海门电厂脱硫控制系统简介
海门电厂脱硫控制系统采用了的艾默生公司的Ovation专家控制系统，它具有多任务、数据采集、复杂关键应用的控制能力和开放式网络结构设计等功能，能够完成电力和水处理流程的各种时间关键型控制任务，支持Ff、Profibus DP、DeviceNet、Modbus等总线通讯协议，易于组态，便于工程实施。在同一控制器下，用户可以根据需要任意组合输入/输出模件类型。图2为安装有2块Ff接口模块和2块Profibus DP接口模块的Ovation机柜图，下方的绿色模块为Ff总线冗余电源，Ff总线电缆为橙色，Profibus DP电缆为紫色。
与Ovation控制系统配套的AMS智能设备管理软件能够统一管理Ff总线和HART协议等智能设备，设备的诊断信息能够直接出现在操作报警中，可以及时告知维护及运行人员智能设备的当前健康状态，并能指导操作人员或者维护人员在设备报警、故障或者失效情况下进行正确的操作，从而达到预防性维护，减少故障发生及降低运行成本的作用。图3为Ff智能设备的诊断状态窗口示例图。
图2 安装Ff和Profibus DP接口模块的Ovation机柜
图3 Ff智能设备的诊断窗口
4 总线技术方案及调试注意事项
海门电厂脱硫控制系统采用了现场总线与硬接线相结合的控制方式，每台机组配置两对冗余控制器，并通过冗余交换机与主机控制系统网络相连接。OVATION控制器下，不仅连接普通I/O模块，还直接挂接Ff和Profibus DP现场总线接口模块，通过现场总线接口模块扩展出多条现场总线段，与现场智能设备相连，总线连接方式如图4、图5所示：
图4 Ff总线连接结构图
图5 Profibus DP现场总线连接结构图
脱硫控制系统配置了6段Ff总线，共使用了3块Ff总线接口模块，分别连接用于测量温度、压力、差压、流量、液位、PH值等Ff智能仪表，具体包括：
8台Rosemount 848T温度变送器（每个848T有8个独立的输入通道），测量吸收塔烟气温度、GGH轴温和吹灰蒸汽温度、净化风机轴承及电机线圈温度、曝气风机轴承及电机线圈温度、海水升压泵电机轴承温度等52个温度测点；
23台Rosemount 3051压力变送器，测量GGH高压水泵出口压力、GGH烟气侧差压、GGH吹灰蒸汽压力、增压风机出口压力及差压、烟气挡板密封风压力、吸收塔压力、吸收塔升压海水压力、海水升压泵出口压力、工业水泵出口压力、工艺水泵出口压力、仪用压缩空气母管压力、曝气风机压力等压力测点；
1台E+H公司的 Prosonic FLOW93超声波流量计，测量吸收塔升压海水流量；
脱硫控制系统配置了8段Profibus DP总线，使用4块Profibus DP总线接口模块，共连接了以下设备：
电动门：6台ROTORK电动门用于曝气风机的入口、出口门的控制；25台施耐德电动门应用于吸收塔除雾器冲洗水门、工艺水箱补水门、烟气密封风机出口门、吸收塔排空门等；
马达控制器：32台万龙公司的ST500智能型电动机控制器，应用于控制增压风机和曝气风机的润滑油泵、冷却风机、烟气挡板密封风机、工业水泵、工艺水泵等；
远程设备：4台FESTO就地控制箱，应用于控制增压风机油箱加热器、GGH吹灰器、吸收塔调节装置等设备。
在脱硫系统的控制回路方面，必须综合考虑回路的安全性、控制特点、可选的设备种类等多种因素。对于关系到安全或者非常快速控制的回路，仍应采用硬接线方式；有些设备既有Ff系列产品，也有Profibus DP系列产品，则可以根据现场具体情况进行选择；如果周边很多Ff设备，则应选择Ff系列产品，反之则选择Profibus DP系列产品。针对某台设备或者某个分系统，可能会综合采用两种或多种技术，其中Ff总线的通讯速率为31.25 kbit/s，Profibus DP总线的通讯速率设置为500kbit/s，总线的信号处理放在扫描周期为1秒的任务区，硬接线方式根据不同的设备要求其信号处理分别放在扫描周期为100毫秒或者1秒的任务区，具体的回路控制方式如下：
在增压风机控制回路中，增压风机控制采用了硬接线方式，增压风机的润滑油箱加热器、润滑油泵和冷却风机控制采用了Profibus DP总线方式，增压风机的出口压力和差压反馈采用了Ff总线方式；
在海水升压泵控制回路中，升压泵控制采用了硬接线回路，升压泵前池液位、海水流量及海水压力反馈采用了Ff总线方式，同时升压泵的轴温、电机温度测量也采用了Ff总线方式以便于温度异常时跳海水升压泵（温度监控通过在控制画面上选择投入）；
在曝气风机控制回路中，曝气风机控制采用了硬接线回路，曝气风机的入口、出口挡板门和曝气风机润滑油系统采用了Profibus DP控制方式，而曝气风机的轴温和电机温度测量采用了Ff总线方式以便于温度异常时跳曝气风机（温度监控通过在控制画面上选择投入）；
现场总线的调试不同于普通的IO设备，对于总线设备来说需要在逻辑组态、电缆铺设、设备安装和现场调试等多个方面引起注意：
必须采用与现场设备一致的GSD版本(对于Profibus DP设备)或DD文件版本(对于Ff设备)，否则组态会出现错误或者异常；
同一段Profibus DP网段上的设备，必须设为相同的波特率；
必须按照规范要求进行接地和屏蔽连接。对于Ff，应保持单点接地，接地点应为机柜处；对于Profibus DP设备，则应根据DP规范进行多点接地。连接完成后，应采用专用工具进行信号验证，确保信号传输的可靠。
Profibus DP总线设备要合理分配地址，以提高数据通讯效率和故障查找；Ff总线设备的ID应与其实际位置对应；
5 采用总线方式所具有的优点
（1）节省了大量的控制电缆以及电缆铺设、校对的人力成本，缩短了安装周期；根据统计，使用总线方式比使用普通IO接线方式能够节省电缆80%以上，电缆数量的大量减少也直接减少了安装时间。
6 结束语
海门电厂的脱硫控制系统是第一次大规模应用Ff和Profibus DP总线设备的百万千瓦机组海水脱硫控制系统，总线技术的应用减少了电缆铺设、安装时间和设备故障，提高了设备控制的精度及可靠性，其成功运行对于将Ff和Profibus DP总线技术应用于大机组主控系统具有借鉴意义，同时也为实现全厂的全面数字化生产和管理进行了有益的探索。
致谢
在本文的撰写过程中，得到了艾默生过程控制有限公司的王军博士、北京龙源环保公司的黄硕、西安热工研究院的崔超超，以及海门电厂相关热工人员的大力支持和帮助，在此表示深深的谢意！
参 考 文 献：
[1] 沈学东，王蔚然．现场总线技术综述[J]．华北电力技术，1999
