现场总线技术资料二-0109

1.3 现场总线技术标准的选择
类型
Type1 Type2
Type3
Type4 Type5 Type6 Type7 Type8 Type9 Type10
技术名称
TS61158 现场总线 CIP 现场总线
Profibus 现场总线
P-NET 现场总线 FF HSE 高速以太网 SwiftNet 被撤消 WorldFIP 现场总线 INTERBUS 现场总线 FF H1 现场总线 PROFINET 实时以太网
动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线 称为现场总线。
1.1 国际电工委员会（IEC）定义
2
1.2 IEC现场总线标准的发展
¾1984年 ¾1985年 ¾1999年 ¾2000年 ¾2003年 ¾2007年
正式提出现场总线概念 成立IEC/TC65工作组 出版了IEC61158 Ed.1 通过了IEC61158 Ed.2 通过了IEC61158 Ed.3 随着实时以太网（RTE），正式形成了IEC61158 Ed.4
现场总线技术交流会
北京华电天仁电力控制技术有限公司
一 • 现场总线技术介绍和标准的选择 二 • 现场总线在发电企业的应用 三 • 采用现场总线技术的优势 四 • 华电天仁公司的现场总线方案
1
1.1 国际电工委员会（IEC）定义
现场总线(IEC61158): 安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自
2007年 ¾黑龙江汤源生物质发电厂 2008年 ¾内蒙古丰泰发电厂（200MW）
2010年 ¾山西长治热电厂（2 ×300MW）
2011年
¾广东肇庆热电厂（2 ×350MW） ¾天津北塘热电厂（2 ×350MW）
2012年
¾甘肃兰州热电厂（2 ×350MW) ¾河北邯郸热电厂（2 ×350MW）
一 • 现场总线技术介绍和标准的选择 二 • 现场总线在发电企业的应用 三 • 采用现场总线技术的优势 四 • 华电天仁公司的现场总线方案
故障诊断
设备管理
人员培训
15
华电天仁公司介绍
是一家专业从事电力控制与信息化业务的科技公司。
¾ 专业的背景 北京华电天仁电力控制技术有限公司是由国电集团所属国电科技环
保集团股份有限公司（90%股份）和华北电力大学（10%股份）共 同组建的国有高新技术企业，拥有强大的产业、技术、人才和专业背 景。 ¾ 专业的团队
3.2 与传统方式相比较——实施层面
传统的机柜布线
现场总线系统
9
3.31 与传统方式相比较-金陵项目投资对比
序 号
项目
1 常规机柜减少，增加总线机柜 2 电子室面积减少，土建费用减少 3 就地总线设备费用增加 4 热控控制电缆长度减少 5 热控计算机电缆长度减少
6 增加总线电缆
7
常规电缆安装工程减少 （控制电缆与计算机电缆）
20
20
投资增加（万） 数量 费用
费用计算说明
40
40 按1万/面计
2
电子室面积减少，土建费用减少
3
就地总线设备费用增加
4
控制电缆长度减少
5
增加总线电缆
6
常规电缆安装工程减少
7
增加总线电缆安装工程
8
DCS系统费用减少
9
FCS系统费用增加
10 电缆桥架费用减少
合计
100㎡
25
按2500元/平方米计
536
11
4.1现场总线方案
4.2 方案的特点
现场总线仪表系统
• 电动执行机构 • 变送器 • 马达控制器 • 分析仪表 • 阀岛 • 阀门定位器等
总线通讯系统
• FCS就地控制柜 • Y-Link、PA-Link • 总线电缆 • 光缆 • 光电转换设备 • 有源终端电阻等
智能监控与诊断系统
• 设备管理 • 实时监测 • 故障诊断
8
3.1 与传统方式相比较——技术层面
¾ 传统的 4—20mA 技术
A
0...50 bar 0...10 bar
D
8.9
A D
µP
D A 4…20mA
0...10 bar
¾ PROFIBUS 技术
0...50 bar
A D
µP
8.928
PAInterface
PROFIBUS PA
8.928
¾ 更小的漂移, 更快的转换 ¾ 32 bit 精度, 全数字通信
¾ 根据总线结构与实现任务的不同，PROFIBUS由3个兼容部分组成，即 PROFIBUS FMS 、PROFIBUS DP、 PROFIBUS PA。
¾ 三种系列的PROFIBUS均使用一致的总线存取协议，数据链路层采用 混合介质存取方式。DP和FMS使用了同样的传输技术和统一的总线访 问协议，可在同一根电缆上同时操作，PA和DP之间使用分段耦合器能 方便地集成在一起。
类型
Type11 Type12
Type13
Type14 Type15 Type16 Type17 Type18 Type19 Type20
技术名称
TCnet 实时以太网 EtherCAT 实时以太网 Ethernet Powerlink 实时以 太网 EPA 实时以太网 Modbus-RTPS 实时以太网 SERCOSⅠ、Ⅱ 现场总线 VNET/IP 实时以太网 CC-Link 现场总线 SERCOS Ⅲ 实时以太网 HART 现场总线
100
49.4
50.60%
100
47.3
52.70%
100
13.72
86.28%
100
112.6
-12.60%
100
112.2
-12.20%
100
93
7%
（资料提供：西安热工研究院研究员周明教授）
3.33 与传统方式相比较-肇庆项目投资对比（估）
序 号
项目
1
常规机柜减少，增加就地总线机柜
投资减少（万） 数量 费用
614.1km 429.87
1319.36
160km 112 1020.78
单价按7000元/公里计 总费用节省298.58
3.32 与传统方式相比较-投资对比
类别
电缆架桥成本和安装成本对比 电缆材料成本对比 电缆敷设、接线成本对比 I/O卡件、控制机柜成本对比 现场只能仪表升级成本 总价比率
10
传统DCS(%) PROFIBUS系统（%） 降低比例
4.4 FCS系统连接设备类型
¾变送器 ¾气动阀门定位器 ¾阀岛控制器 ¾电动执行机构
包括温度变送器、压力、差压变送器 用于控制气动调节阀门。 用于控制气动开关型阀门 用于控制电动调节、开关型阀门。
¾智能分析仪表
用于检测一些气体及液体含量的分析仪
¾马达控制器
用于控制380V电动机（包括变频）。
¾6KV综合保护装置 用于控制6KV电动机（包括变频）。
400km 440
单价按11元/米计
100km 150 单价按15元/米计
400km 280 100km
单价按7000元/公里计 70
100
80
50
915
876 总费用节省：39万
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ProfiBus技术在中国发展的情况：
信息
Open
Level of Data Integration
现场设备层
Modular
控制层
Embedded
设备层
车间监控
企业管理
Profibus技术在中国应用的行业：
21
ProfiBus技术在中国应用常见问题：
OS
OS
程程序序
IInntteerrnneett
公司成立了专门的现场总线事业部，并配备了强大的软硬件开发和 项目实施团队，研发、工程实施团队人员均为本科及以上水平，并拥 有丰富的工程实施经验以及理论研究水平。
¾ 公司组织机构设置
16
¾ 固安子公司 具有产品研发、制造以及产业化能力，拥有规模化的生产制造基地，
能实现年产2000套风力发电机组变桨控制系统（涉及1.5MW至6MW的 内陆和海上风机），能完成现场总线系统、风电储能系统、信息系统的集 成及测试工作。
5
过程测点
模拟量输入 模拟量输出 开关量输入 开关量输出
2770 3 3798 67
执行机构
马达
721
电磁阀
670
阀门定位器 957
执行机构
698
用现场总线连接的执行机构
6
用现场总线(DP/ASi 和ASI)连接的电磁阀
2.2国内
华能集团启动数字化电厂示范应用项目研究课题，开始在电厂 2002年
12
4.3 FCS系统配置原则
¾对锅炉保护、汽机保护、电气等本身的运行安全有重大影响的系统 仍用传统的DCS与IO设备； ¾除个别重要的执行机构（锅炉启动给水泵出口调节阀等）外，电动 执行机构建议采用双通道接口、气动执行机构采用阀门定位器设备接 入现场总线系统（FCS）； ¾辅控系统中的脱硫、化水系统除个别重要设备外可全部采用FCS； ¾采用现场总线仪表设备诊断和管理软件，对FCS网络、设备进行诊断 和管理
3
1.4 现场总线的选择
先进性
设备厂商 支持度
稳定性
技术层面
实用性
业绩的规 模及成熟
度
市场层面
性价比
安全性
同行业应 用水平
1.5 PROFIBUS技术介绍
¾ PROFIBUS是l987年德国联邦科技部制订的现场总线德国国家标准， 目前是IEC 61158国际标准中的Type3部分。物理接口采用RS-485标 准，网络拓扑为线性总线两端加终端电阻。