1 引言
近年，现场总线技术在工程应用的各种尝试在广泛进行。现场总线要组成纯数字的总线控制系统FCS，基于现场总线的各种智能型现场设备是基础元素。电动执行机构作为过程控制系统的重要现场驱动设备，在电站工程中广泛应用。本文将从智能型现场设备级(现场总线电动执行机构AUMA MATIC)来阐述现场总线技术(Profibus DP)在电站工程应用的可行性，并通过实例分析了现场总线技术的安全性、稳定性和经济性等应用优势。
2 基于现场总线的电动执行机构
现场总线技术是指现场设备与自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的自控技术。它将具有数字计算和数字通信能力的专用微处理器置入传统的测量控制仪表，并按公开、规范的通信协议把它们连接成网络，形成适应各种实际需要的自动控制系统。
现场总线电动执行机构在原有电动执行机构功能的基础上，实现了双向通信、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制功能，从而实现了现场总线控制系统一个节点。
2.1 Profibus DP总线技术
目前，基于现场总线的电动执行机构种类很多，它们应
Profibus DP属于底层控制网络，采用轮循的通讯方式，专为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计，广泛应用于分布式控制系统的高速数据传输。Profibus DP按照设备的功能特点将设备分为三种类型:第一类DP主站类型1(DPM1)，中央可编程控制器，如PLC，PC等;第二类DP主站类型2(DPM2)，指可编程、可组态、可诊断的设备;DP从站，即一个现场智能I/O设备。根据用户的功能需求，Profibus DP允许构成单主或多主系统，系统配置组态具有高度的灵活性[1]。
Profibus DP作为一种比较成熟的总线技术以及对设备级分散I/O控制的独特优势，使它在国内外电力行业过程控制中广泛应用。由于电站辅助车间对象特征单一、相互独立性强且多为顺控、联锁和单参数调节，可采用PLC或DCS监控，所以Profibus DP的应用成为必然，这部分系统包括水处理、除灰除渣、输煤、冷却水系统等。
德国Niederaussem电厂就广泛地在汽水循环、烟气系统和机组协调等对安全性没有特殊要求的现场控制中采用了Profibus DP现场总线技术和设备，并把它们纳入DCS控制。在国内电站的辅助系统中，四川广安电厂的水处理系统、连云港新海发电厂200MW机组的DCS改造均采用了Profibus DP现场总线技术，并且取得了良好的效果[2]。
2.2 现场总线电动执行机构的应用优势与注意问题
现场总线电动执行机构与普通电动执行机构相比，具有较大的优势。带通信协议的总线电动执行机构需要使用的辅助设备少，无需任何隔离、转换和输入输出模块，同时减少大量信号电缆、电缆配件及相应的安装和检修工作;现场总线电动执行机构具有双向通讯功能，操作人员可在控制室进行标定、参数设置、功能组态及在线监测和故障分析，操作维护异常便利;由于现场总线电动执行机构带有微处理器，对于运行人员无法判别的故障，设备厂家可通过通讯接口进行远程诊断。
在电站自动化领域，由于现场总线技术的应用还有待进一步深入和扩大，其稳定性还有待于时间的检验，所以对于采用现场总线电动执行机构，应充分考虑电站自动化系统的特征和现场总线电动执行机构的优势，以期达到应有的效果。
(1) 在电动执行机构应用较多的电站辅助系统，比如水系统中的工业水、生活水、消防水、废水和单元机组中的开、闭式水系统，物理位置相对分散，且多为顺序控制、联锁或单参数调节，可采用现场总线电动执行机构;
(2) 现场总线电动执行机构的通信协议必须与控制系统的通信协议相匹配，这是实现局部现场总线控制系统的基本条件。可根据主控制系统的类型来确定电动执行机构的通信类型，如果控制器完成较为简单的控制功能，则可根据性价比同时选择控制器和电动执行机构的通信类型;
(3) 现场总线电动执行机构物理地址的设定必须与控制器中的地址相对应，以防止产生作为被控对象的不同电动执行机构的误动和拒动，从而给安全生产带来严重后果。
3 应用实例
在浙江国华宁海电厂一期工程中，现场总线电动执行机构主要用于机组闭式循环水系统。在
该系统中，闭式循环冷却器、汽机润滑油冷却器进口、出口、旁路电动门等34个执行机构采用了AUMA现场总线电动执行机构。3.1 AUMA现场总线电动执行机构
AUMA MATIC电动执行机构为原装进口一体化现场总线产品，其开关型电动执行机构可以接受开、关、停数字量控制信号并能满足DCS程序控制的要求，本体配置手轮和手／自动切换机构，通过现场控面板可以进行Remote(远方)、Off(停机)、Local(现场)的转换，并且有"开、关、停"操作按扭和全开、全关位置到位指示灯及故障指示灯。电动执行机构在失去电源或信号时，运行到全开、运行到全关、停在原位等三种保护功能可由用户在现场设定。执行机构配置一体式电源控制板，用户只需提供动力电源，内部控制电源由执行机构提供。执行机构的控制和反馈信号可直接接收和送至DCS系统，中间不需要增加任何转换和隔离设备。
执行机构的控制单元配有双通道Profibus DP冗余总线接口，可接受来自控制室的数字量信号。作为Profibus DP总线系统的从站，其从站地址可通过执行机构本体上的液晶显示器和按钮进行设定和确认。
3.2&
根据电动执行机构的位置分布和功能实现，应用中把这34个电动执行机构分成了两组，每组17个执行机构，分别挂在不同的Profibus DP总线上，总线网络架构如图1所示。
图1 AUMA现场总线电动执行机构网络构
图1为一组现场总线电动执行机构的硬件配置结构，另一组的网络及硬件配置与此完全相同。17个执行机构由Profibus DP总线串联接至光电转换器OLM1，通过光纤传输，将总线上的信号传送到电子间机柜中的OLM2，再经Profibus DP总线将信号传到通信和存储模块IM 308C，最后通过RS-485总线到达控制处理器PA。PA作为底层处理器全部挂在工厂总线网，工程师站可通过工厂总线网对所有总线执行机构进行组态。连接在终端总线网的操作员站可通过工厂总线网、PA对执行机构进行开、关、停等操作。
OLM1布置于现场控制箱中，OLM2、IM308C及PA都布置于电子间DCS机柜，具体布置如图2所示。由于AUMA现场总线电动执行机构的控制单元均配有双通道Profibus DP冗余总线接口，故主站PA、IM 308C、电源模块及所有总线配置都是冗余的，进一步提高了系统运行的安全性。
图2 电子间DCS机柜内部布置图
3.3 控制的软件实现
作为现场总线电动执行机构，其运行模式与普通执行机构相比有一定的特殊性。用户首先对安装完毕的设备进行物理地址和与阀门相关参数的设定，可通过执行机构本体上的液晶显示器和按钮盘实现。
在硬件结构建立后，用户需在工程师站完成通信程序和系统组态软件，写入IM 308C的存储单元FLASHROM(快速可擦写可编程只读存储器)中，包括对各个执行机构物理地址与执行机构本体的匹配设定和开、关、停控制及故障监控的实现。组态程序可看作工程师站的一个模块，对执行机构控制参数的设定及修改等操作均可通过该模块完成。
在组态完成、地址设定匹配后，启动IM 308C，运行位于FLASHROM中的用户程序，建立网络结构，通过对AUMA电动执行机构上物理地址的确认建立网络连接，同时根据执行机构厂家提供的设备描述文件读取相应设备信息，实现各个设备的识别，从而实现执行机构接收集控室的运行指令和反馈阀门状态。执行机构的闭环运算以及与其它设备间联锁等开环运算，在主站AP中以10ms为周期进行，并以数字量形式直接传至AUMA执行机构的PROFIBUS DP接口，从而完成对电动执行机构的控制。宁海电厂分散控制系统采用西门子Teleperm-XP，图3所示为该系统的操作员站闭式循环水系统AUMA MATIC执行机构的操作画面，任何开、关、停操作最后都必须以点击绿色界面左下角"EXECUTE"键来完成操作内容。
图3 AUMA现场总线执行机构操作画面
3.4 应用效果
一种新型设备的应用，其优势最终在运行时得以检验。浙江国华宁海电站2号、3号机组顺利通过168小时无故障运行投产，所有AUMA现场总线执行机构运行正常。通过现场总线与DCS的通信，AUMA电动执行机构的开、关、故障等信息得以反馈，集控室操作员可根据实际运行要求对执行机构进行远程手操。当AUMA电动执行机构故障时，可在工程师站将该节点从总线网络中删除以进行检修，而不会影响总线上其他节点设备的运行与监控，与DCS控制模块故障相比，大大提高
了系统运行的安全性。与常规电动执行机构比较，现场总线执行机构在设计、安装、调试的各个应用环节也体现着自己的优势。在设计过程中，各电动执行机构信号无需以硬接线形式单独接入DCS卡件通道和开列常规电缆并计算长度，而只需以整个网络为单位对总线的总长度进行估算，节省了大量电缆。施工时，无需考虑电缆的芯芯对接，而只需完成总线输入和输出的插拔式连接，减少了大部分工作量，并为维护和检修提供便利。给总线执行机构设定与工程师站匹配的物理地址且通信状态良好，就表征调试完毕，大大减少了可能出现的调试问题和故障点。
4 结束语
基于现场总线的电动执行机构在宁海电站机组闭式水系统局部的应用，其效果达到了设计的预期。即使不同厂家提供的设备，只要总线网络设备的通信协议匹配，数据传输和控制功能就可完全实现。
由于现场总线本身可以组成从底层到高层的通信和控制网络，纯粹由现场总线电动执行机构组成的总线网络，现场智能设备形式较为单一且应用范围较为狭窄。建设中的华能玉环电站在总结以往现场总线技术在电站工程应用经验的基础上，在锅炉补给水系统和废水系统广泛采用Profibus DP和Pro
