通过Profibus DP总线实现9E级燃机控制系统的设计

1、前言

淮安燃气发电有限公司2x200MW燃气发电机组项目是科远股份在华电武昌9E燃机项目成功投运的基础上，顺应技术发展潮流，首次在9E级燃机控制系统采用现场总线技术，打造数字化电厂的新尝试。

现场总线作为计算机技术、通信技术、仪表技术以及控制技术高度集成的产物，已成为当今自动化领域技术发展的热点之一。它是安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通讯的数据总线。在众多现场总线标准中，Profibus现场总线以其开放性、高灵活性、高可高性等优势，在电力行业内得到一定应用，本项目即以Profibus DP/PA协议为基础，实现对现场设备的总线连接。

2、控制系统设计

该项目除燃机外，所有主辅机设备均采用南京科远自动化集团股份有限公司提供的NT6000分散控制系统控制，构建全厂一体化数字燃机电厂。

整套系统按照#1机组、#2机组、辅助车间控制系统三大区域划分，在中央集中控制室实现对全厂各系统设备的集中监控和管理。

辅助车间控制系统根据区域分布情况，又被分为净水控制系统、化学水处理控制系统、暖通控制系统三个子系统，控制范围包括净水处理、化学水处理、工业废水处理、生活废水处理、循环水加药、雨水泵房、暖通空调、空压机系统、天然气调压站等。三大系统及各子系统之间相对独立，通过工业以太网互相连接。

辅助车间集中控制系统采用现场总线技术，通过Profibus DP总线，实现控制系统与现场设备的总线连接，减少投资，提高热工自动化系统的数字化水平。

3、控制站配置

控制站采用分布式布置，各子系统相对独立。采用现场总线的控制站配置专门的KM622S Profibus DP主站通讯模件，通过Profibus DP协议，与现场智能设备连接。KM622S模件与KM940控制器之间的通讯同普通I/O模件一样，通过eBus I/O总线与控制器连接，每块KM622S占用一个I/O槽位。KM622S支持Profibus DP冗余现场总线设备的直接接入，也可以通过Y-LINK连接现场的非冗余DP从站设备，或者通过DP-PA耦合器连接现场的非冗余PA设备。

控制系统控制对象测点控制器机柜现场总线布置地点

4、控制网络的配置

NT6000设计有专门的KN系列工业以太网交换机，具有网络管理功能，能够提高DCS网络系统的可靠性和数据传输的实时性。整套系统共配置18只工业以太网交换机、4只eNet、eBus光电转换器，单元机组DCS、公用系统DCS独立配置，远程控制站单独配置。用于冗余处理器、工程师站、历史站、操作员站通讯。

NT6000系统的重要特点之一是具有一套完整、可靠、开放的通讯系统，通讯设备采用工业以太网交换机。控制网eNet，采用全冗余容错技术，通讯协议为TCP/IP，严格遵循IEEE的标准。eNet网络采用组播技术，数据传输采用主动发送机制，无论多少台操作员站，控制器只需要发送一次数据。DPU（分散处理单元）负荷恒定。

5、现场总线配置与连接

PROFIBUS现场总线技术是1987年由SIEMENS公司等13家企业和5家研究机构联合开发；1989年批准为德国工业标准DIN 19245；1996年批准为欧洲标准EN 50170 V.2；1999年PROFIBUS成为国际标准 IEC 61158 的组成部分（Type III）。

PROFIBUS技术为设备层提供了PROFIBUS-DP和-PA技术，为车间层提供了PROFIBUS-FMS技术。PROFIBUS-DP是设备层现场总线，用于控制器（如DCS、PLC、PC）与现场控制设备（如驱动器、检测设备、HMI等）之间的通信总线。

PROFIBUS-DP总线技术具有高速（12M）、实时、确定、可靠的特点，传输的数据量相对较小。现场总线的介质访问控制方式满足工业控制网络的要求，即通信的实时性和确定性。确定性确保站点每次得到网络服务间隔和时间是确定的；实时性是指网络分配给站点的服务时间和间隔可以保证站点完成它确定的任务。

PROFIBUS的特点总结如下：

1、开放性好（目前800～1000多家厂商的产品支持该总线）；

2、传送速度快，可达12M；

3、节省现场布线，降低工程成本；

4、配置灵活。

科远股份为本项目配置了符合Profibus DP现场总线标准规范的KM622S主站模件，以及灵活、易用的配置组态工具。

为了确保总线连接的高可靠性，总线系统采用冗余设计，分散式布置。除所有主、从站接口模块均冗余设计外，还将总线设备分散到不同的总线上，相互冗余的设备分配到不同的现场总线上，确保任何一条总线的故障，均不会影响到整套系统的正常运行。

下面以补给水系统示例说明现场总线系统的配置与连接：

补给水控制系统采用1对冗余的KM940控制器，在I/O分支机架上配置2块KM622S Profibus DP主站通讯模块作为主站接口。

补给水现场总线装置总共设置6只现场总线箱，其中含电源、电气元件、终端电阻、Y-LINK耦合器、DP/PA耦合器、Profibus光电接口等设备，向上通过Profibus光电接口光缆与KM622S Profibus DP主站通讯模块相连，向下通过DP通讯电缆与现场电机、电动执行机构、开关量仪表设备设备相连或通过DP/PA耦合器PA通讯电缆与现场仪表相连。

1网段：#1加热器、#1超滤、#1反渗透的DP设备

2网段：#1化学除盐等DP设备

3网段：#2加热器、#2超滤、#2反渗透的DP设备

4网段：#2化学除盐等DP设备

5网段：#3加热器、#3超滤、#3反渗透的DP设备

6网段：#3化学除盐等DP设备

7网段：#1加热器、#1超滤、#1反渗透的PA设备

8网段：#1化学除盐等PA设备

9网段：#2加热器、#2超滤、#2反渗透的PA设备

10网段：#2化学除盐等PA设备

11网段：#3加热器、#3超滤、#3反渗透的PA设备

12网段：#3化学除盐等PA设备

每个KM622S模件最多可支持30个站（从站或分段站），连接DP设备的DP电缆的长度取决于总线通讯速率。

Profibus DP总线通讯速率与DP电缆最大长度的关系如下表所示：

如果在当前波特率下，从站设备的距离超过上述最大长度时，可考虑通过光缆进行通讯距离的延长。

总线示意图见附件：

6、人机界面的配置

每台机组设3套操作员站，1套工程师站，1套SIS接口站。辅助车间集中控制系统设3套操作员站，1套工程师站，1套SIS接口站。

操作员站为全功能站，操作画面矢量缩放，任何显示和控制功能均能在任一操作员站上完成。画面数据刷新周期《0.1s。

工程师站除用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改外，还安装有NT6000 Process Device Manager智能设备管理软件，对通过Profibus总线连接的现场设备进行维护和管理，并通过该软件，将所有设备信息传送至所有操作员站和管理信息系统。

7、与SPEEDTRONIC Mark Vie的通讯

燃机采用SPEEDTRONIC Mark Vie控制，NT6000通过GSM协议与燃机控制系统SPEEDTRONIC Mark Vie通讯。NT6000系统的GEGSM接口软件负责实现与GE的GSM通讯。GEGSM接口软件通过Ethernet TCI/IP GSM协议，取得GE Mark VI控制系统的实时数据和事件、报警等到数据，同时对外提供OPC或DDE数据服务。为适就系统如工程单位转换等需要，接口软件中集成了一般数据运算功能，如：加、减、乘、除、开方等。DCS系统与Mark VI控制系统的数据交换示意图如下：

GEGSM DDE/OPC Server程序运行界面

通过GSGSM OPC/DDE Servers接口软件解决了DCS不能直接与非标准协议GSM通讯的难点，为实现联合循环机组监控信息一体化奠定了基础。

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