ABB MPRC086318-501

　PROFIBUS是一种开放式现场总线，它是适用于各种任务的最优化网络，网络配置灵活，即使在非常恶劣的环境中也能可靠、稳定运行。 PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA（Process Automation过程自动化）、PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification现场总线信息规范），它们有其各自独特之处，而实际上又根据应用要求常常构成混合网络结构，博取众长。本文结合天生桥二级电站机组控制系统中的控制设备，详细分析Profibus-DP现场总线，着重从控制可靠性、联网特点、经济性等方面进行探讨。

　　PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。实质上，PROFIBUS-PA就是“PROFIBUS-DP通信”+“对现场设备优选的传输技术”。PA将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，PA可用来替代4-20mA的模拟技术。PROFIBUS-PA最最主要特性是，在过程自动化的PROFIBUS-PA段与PROFIBUS-DP总线段之间通过藕合器连接，并实现两段间的透明通信，使用与IEC1158-2技术相同的双绞线完成远程供电和数据传送。PROFIBUS-PA采用PROFIBUS-DP的基本功能来传送测量值和状态。目前，PROFIBUS-PA行规已对所有通用的测量变送器和其它选择的一些设备类型作了具体规定，这些设备如：测量压力、液位、温度和流量的变送器；数字量输入和输出；模拟量输入和输出；阀门；定位器。PROFIBUS-PA的优势在于它可以节省50%以上的规划、设计、安装成本，此外，本质安全能力和一个组态工具对所有仪器仪表都适用。

2、天生桥二级电站机组原控制系统组成

　　天生桥二级电站位于贵州、广西交界的南盘江上，属于珠江流域水系，电站装机6x220MW混流式水轮发电机组，电站型式为引水式。电站开工于1982年，1992年12月第一台机组投产，2001年4月6台机组全部安装完毕。电站设计原采用计算机监控为主，常规监控为辅的方式，计算机监控系统分为两期工程实施，第一期工程在机组层实现单机控制自动化，在全站采用常规集中监控系统，第二期工程实现上位机系统和开关站远程自动化控制。

　　1992年机组投产时采用了Siemens公司的S5-150H程控器作为机组控制器（LCU），但一直未能实现机组自动开停机，主要原因是机组自动化元件选型不合理，机组部分辅助设备可靠性不高所至。1995年启动第二期工程，对全站计算机监控系统进行国际招标，美国ABB SYSTEM CONTROL公司中标，由于ABB SC提出与Siemens公司的程控器通讯存在问题，因此由ABB SC提供HARRIS制造的D20 LCU取代原1-4#机组的S5-150H，1996年开始安装，1997年初投入运行。但投运以来，系统一直运行不稳定，经ABB SC技术人员多次处理未能取得改善，当时机组还不能实现远方自动开停机等基本监控功能。

2.1原机组控制系统存在的问题

　　二级电站机组控制的设计原则是以计算机监控为主，常规监控系统为辅。实际的设计没有按照此原则进行。原来的设计中采用了很多继电逻辑回路，这些回路本身并未构成一个完整的系统，而是穿插在LCU的回路中，这些回路并不能对机组整体进行有效的控制，使得在LCU与现场设备间仍然存在着继电逻辑回路，如辅助设备继电器屏（P13）、机械保护屏（P9）等，其中大量的输入信号并未直接引入LCU，而是经过一些中间继电器、掉牌信号继电器等中转后引入LCU，这些信号在异常情况下如电源掉电，或者是信号继电器掉牌后未能复归而信号再次发生时是不可能反应现场设备的实际状态，这对于今后实现少人值班时机组运行的安全保障有严重的威胁；而在DO回路上也存在着很多不合理之处。对于P13屏来说，原来设计的推力高压油减载装置在更换塑料瓦以后已经取消，故该回路已经失去意义；加热器、吸尘器、推力气密封风机的控制回路在P13屏内仅仅是一只中间继电器，而LCU的输出继电器已经可以直接启动这些装置，因此可以将该回路改为直通；最不合理的是所有的电磁阀在P13屏内并未有逻辑回路，仅仅是端子转接，增加了接线的复杂性。由于设计中对机组流程设计不够合理，需要在现场进行大量的更改，而很多功能的修改需要LCU软件和常规继电逻辑进行修改，再加上现场自动化元件的选型问题，造成了初期机组不能实现自动开停机。因此简化回路接线，理清控制逻辑关系，建立一个以LCU为核心的机组控制系统，对于机组安全运行、减轻维护人员工作量、真正实现少人值班电站是非常重要的。

　　同时根自动化元件在选型方面仍存在很多问题，如很多电磁阀采用单稳态形式，这在计算机控制系统中是比较忌讳的，因为计算机控制系统的设计中指出，对执行元件的选择应该尽量采用双稳态形式，在系统故障时控制对象必须保持在稳定状态。另一方面，自动化元件的工作环境在设计中均没有很好考虑，如空气电磁阀的压缩空气质量问题、油回路电磁阀油的污染和进水的问题，使自动化元件不能工作在良好的工况下，自然动作成功率就低。

　　应在基于最终实现少人值班的前提下对设备各部的监视点进行重新配置，应考虑能对运行人员或检修人员提供完整的设备信息，并为以后实现检修信息系统提供数据，为逐步实现状态检修创造条件。元件选型应大胆采用新技术、新产品，提高元件的可靠性，延长元件的检验周期。

　　流程的设计人员对现场工作的了解不够，对流程中的重点对象和危险点没有把握，设计出来的流程让现场工作人员看了无法接受。二级电站的机组流程原来就有一个问题，机组开机过程中失败，流程直接退出不管，根本没有考虑机组当时是处于怎样的状态，结果是调速器故障切到手动，而机组导叶处于开机第一开度，最终机组过速。因此流程的设计应该是智能化的，在非正常情况下应有相应的处理措施，将机组维持在一个安全稳定的状态，即应始终遵循“故障导向安全”的设计原则。因此流程的设计应该是由有丰富经验的现场安装、运行人员参与设计才能保证其实用性，也是系统成功的重要原因。

3、Profibus-DP现场总线

　　由于天生桥二级电站原控制系统存在上述问题，为了保证机组运行的安全，提高自动化运行水平，急需改变目前这种状态，将机组的控制转移到以LCU为核心的控制方式上来，彻底甩掉原有的介于LCU与现场设备间的继电逻辑，简化接线，将原有结构中大量硬逻辑变为基于软件的软逻辑系统。同时在接线中将借鉴计算机网络结构化、模块化的接线方式，规范布线系统，使外部线缆一次性安装到位，将检修人员今后的工作范围减少到屏柜（端子箱）内部，即今后回路的修改仅限于屏柜（端子箱）内部各端子排间的跳线，方便了检修人员工作并减少故障率。所以天厂桥发电总厂决定采用现场总线实现对机组的控制。

　　PROFIBUS是一种开放式现场总线，它是适用于各种任务的最优化网络，网络配置灵活，即使在非常恶劣的环境中也能可靠、稳定运行。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通信，用于现场层设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。能进行自动化系统的柔性和模块化设计，要直接与执行器、传感器接口相连接。

　　PROFIBUS-DP可以灵活、可靠地构建一个实用网络，并具有很高的性价比，最近几年PROFIBUS-DP现场总线得到迅速推广应用。在实时响应要求高和数据交换量不大的现场，适宜选用PROFIBUS-DP，它可以在一定的区域内建立一个相对独立的监控系统，再以这样一个子网络接入到较大的计算机监控系统

VE5001

1746-NO4I

IC693CBL300

IC693CPU372

IC693DNM200

IC693PWR330

1771-ASB/E

1771-IA/C

1771-IAD/D

1771-IB/A

1771-IFE/C

1771-IT/A

1771-IVN/C

1771-NOV/C

1771-OA/B

1771-OAD/C

1771-OG/C

1771-ON

1771-OVN/B

1771-OW/A

1771-OZL/A

1771-P4S

6AV6381-2BD07-0AV0

6AV6381-2BN07-0AV0

6ES7277-0AA22-0XA0

6ES7972-0BA12-0XA0

6GK1 561-1AA01

6XV1830-OEH10

1756-BA2

1492-H6

SC-1N

SS302H-3-D5

SS302H-3Z-D3

SS303H-1Z-D2

NVS4114-0009D

DSQC661 3HAC 026253-00

140ACI03000

MA-0185-100

1756-OB32/A

CIMR-JA2A0004BAA

CIMR-JA2A0006BAA

CIMR-JA2A0020BAA

140ACI04000

140CHS11000

140DDO35300

37-5319

KHDG4V 3 02 157451 21

KHDG5V-7-2C200N -X-VM-U1-H120

IC697ALG440

140ACI04000

140CPS11420

CABA1

PROTEUS/0100C110

2711P-RP1X

PAC/5A/4-20MA

RI41-0/360ES 21CA-2-15S-5-S02

6ES7623-1DE01-0AE3

NT8B27JAAA

6ES5466-4UA11

2711-K10G16

2711P-RAT15

2711-T10C10

MP75A4R

E-64HR

MPG-4

1FK7034-5AZ91-1ZZ9-Z

1746-BAS

1746-NI16I

1746-NO4I

1746-OW16

1746-P1

1746-P2

1747-L553

PP836

PP865

RL-1600

RL-3200

RLE-800

1C31234G01

640D0062H01

640D0190H01

1336F-B030-AA-EN-HAS2-L5E-6M1

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1336F-BRF75-AA-EN-HAS2-L5

140CRA93100

140CRP93100

TSXDEY32D2K

TSXDSY16T2

TSXDSZ32R5

TSXMBP100

TSXP57104M

1756-A7

1756-BA1

1756-CP3

1756-IF6I

1756-IR6I

1756L55M13

1756-OF4

1756-PA72

4808

SR750-P5-G5-D5-HI-A20-R-E

140ACI04000

140ARI03010

140DD035300

140DDI35300

161701-USB

CIMR-AB4A0088 37KW

SGDM-20ADA

J761-003A

J761-004A

1747-L552

1794-ADN

1794-IE4XOE2

1794-IV16

1794-OB16

IC670ALG230

TWDAMI2HT

TWDDDI16DT

TWDLCAA24DRF

1394C-SJT10-T

STI 80-310

1131B

IC693CPU363

6ES5417-7AA21

JANCD-NIF01-1

JANCD-NIO01-1

JANCD-NTU01-1

JZNC-NRK01-1

JZRCR-NTU01D-1

SGDR-COA040A01B

SGDR-EA1400N

00-100-026

SIEMENS OP7 6AV3607-1JC20-0AX0

RFX600A

1C31205G01

1756-RM

1794-IRT8

1769-PA2

6ES7335-7HG01-0AB0

6SL3000-0BE31-2AA0

AS-P890-000

1336S-B020-AA-EN4

1606-XLP

140ACIO4000

6AV66480AC113AX0

6ES5103-8MA03

6SE7022-6EC61

6SE7022—7EP60

1756-PA75/B

SGM-08A3FJ62

VE3002

VE5001

6FC5247-0AA30-0AA0

6ES5314-3UA11

6ES5466-4UA11

BCH0801O22A1C

BCH0802O22A1C

BCH1301M22A1C

LXM23AU04M3X

LXM23AU07M3X

DPW01

140CPU65150

PCA66

PCX20-CXB

1756CNB

1756-IB16I

1756-IF16

IC610CHS110A

1756-L62

TDS2022

3601E

KBLM6180GD-CM

6AV6643-0CD01-1AX1

6ES7214-1AE30-0XB0

6ES7214-2AD23-0XB8

6ES7221-1BH30-0XB

6ES7223-1BH30-0XB0

6ES7223-1BL30-0XB0

RXD63B200

1746-A7

1746-IB16

1746-NI8

1746-NO4I

1746-OW16

1746-P4

1747-L532

DCP10

DDI01

DLM02

MDV60A0110-5A3-4-00

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PC832-001-T

IC697CH5790

250B-1-A

1C31234G01

TX4000

S1936D

TX4000

2094-BM03

2094-BM03-S

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3HAC7998-1

VX4101A

1305-BA03A-HA2

1784-PCIC

WATLOW ANAFAZE CLS208

PCA66

PCX20-CXB

1756-L62/B

 6ES7 151-1AA03-0AB0

6ES7 141-1FB12-0XB0

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