現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠的應(yīng)用

【摘要】隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)信息化建設(shè)的飛速進(jìn)步，火電廠的信息化和數(shù)字化建設(shè)也需要快速的前進(jìn)才能為社會(huì)的發(fā)展提供充足的電力，電廠總線技術(shù)的發(fā)展也將成為一種必然的趨勢(shì)。本文介紹了火電廠的現(xiàn)場(chǎng)總線技的基本定義，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)火電廠設(shè)備的特點(diǎn)，提出了符合國(guó)內(nèi)火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的建議。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集；現(xiàn)場(chǎng)總線；標(biāo)準(zhǔn)；故障診斷

背景

火電廠在近年來(lái)的不斷的發(fā)展，大規(guī)模的建設(shè)，而降低火電廠的運(yùn)行成本，在建設(shè)的時(shí)候采用有效的設(shè)計(jì)措施和施工方案，可以在電廠的實(shí)際運(yùn)行時(shí)提高經(jīng)濟(jì)性。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，在火電廠中具有豐富經(jīng)驗(yàn)的熱控專(zhuān)業(yè)人員提出，在電廠中加強(qiáng)使用控制系統(tǒng)的物理分散和功能分散性可以有效的提高電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)的DCS控制器的功能分散在實(shí)際的應(yīng)用中對(duì)控制工程造價(jià)的降低效果不是很理想，而近年來(lái)，DCS控制器的功能不斷的提高，控制系統(tǒng)的物理分散也不斷的完善，從電廠中常用的遠(yuǎn)程I/O、遠(yuǎn)程控制站、電源柜、配電柜，在電廠中安裝在智能采集前端，而通常電子設(shè)備之間分布性很散，距離大，尤其是集控樓之間。而如果采用DCS系統(tǒng)，就可以有效的降低安裝設(shè)備的應(yīng)用。目前通常的做法是對(duì)電廠主廠房進(jìn)行布局，采用緊湊的布置，可以降低設(shè)備的用量，但是這樣的做法，只能在小范圍降低火電廠的建設(shè)成本，但是從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看，只有對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)對(duì)I/O和控制功能的結(jié)合，就是使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，才是降低火電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。

1.火電廠現(xiàn)場(chǎng)總線

目前的常規(guī)火力發(fā)電廠的機(jī)組熱力和主廠房區(qū)域采用的是DCS系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)通常使用PLC作為主要控制系統(tǒng)，電廠控制技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了在主廠房區(qū)域使用DCS控制系統(tǒng)，采用PLC作為其他輔助系統(tǒng)，近年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的發(fā)電廠實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）、發(fā)電廠信息管理系統(tǒng)（MIS）以及輔助控制系統(tǒng)等，為總線的設(shè)計(jì)打下了廠級(jí)控制和管理的基礎(chǔ)，同時(shí)性能優(yōu)化、狀態(tài)檢修和故障診斷的管理和監(jiān)控軟件?，F(xiàn)在的總線控制系統(tǒng)是雙向通信、計(jì)算機(jī)、數(shù)字化的控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)火電廠的數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)的相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雙向通信的監(jiān)控和控制，對(duì)電廠生產(chǎn)的每一個(gè)部分進(jìn)行信息監(jiān)控，使電廠實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的管理，降低運(yùn)行的成本，提高建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

2.現(xiàn)場(chǎng)總線投運(yùn)存在的應(yīng)用

已經(jīng)投運(yùn)的山東萊城發(fā)電廠擴(kuò)建工程3、4號(hào)機(jī)組采用德國(guó)西門(mén)子TELEPERM-XP分散控制系統(tǒng)，400V及以下電動(dòng)機(jī)配套西門(mén)子公司的SIMOCODE電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)設(shè)備，SIMOCODE電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)設(shè)備安裝在開(kāi)關(guān)柜中，每臺(tái)機(jī)組共計(jì)83臺(tái)電動(dòng)機(jī)及電加熱器通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線與TELEPERM-XP相連。目前發(fā)電廠已投入運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)投運(yùn)的實(shí)踐來(lái)分析，PROFIBUS總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)電廠中有過(guò)較多成功的應(yīng)用，如德國(guó)的尼德豪森（Niederaussem）發(fā)電廠、國(guó)內(nèi)陜西楊凌熱發(fā)電廠、山東龍口發(fā)電廠、河北三河發(fā)電廠、廣安發(fā)電廠、國(guó)華寧海發(fā)電廠一期工程等。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用在發(fā)電廠中根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程各種控制信號(hào)的不同，各現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)也需要對(duì)不同的控制場(chǎng)所有所調(diào)整，因此需要根據(jù)不同的工藝過(guò)程選擇較合適的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。兩種總線標(biāo)準(zhǔn)相比而言，F(xiàn)F較適用于連續(xù)量控制（取代4～20mA模擬量），而PROFIBUS較適用于離散量控制，但同時(shí)也適用于連續(xù)量控制。

3.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

盡管現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有一系列的特點(diǎn)和誘人的優(yōu)越性，盡管建設(shè)數(shù)字化和信息化電廠的呼聲越來(lái)越高，但是對(duì)于存在多回路耦合的復(fù)雜控制，需要在不同網(wǎng)段間傳輸數(shù)據(jù)，就可能影響控制的實(shí)時(shí)性。如網(wǎng)段、設(shè)備分布設(shè)計(jì)不當(dāng)，就可能影響到工藝系統(tǒng)及設(shè)備的安全運(yùn)行，目前也存在一定的問(wèn)題。

（1）能夠支持現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的規(guī)格和品種較少，針對(duì)電廠開(kāi)發(fā)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)種類(lèi)很多，用戶選擇無(wú)所適從。

（3）現(xiàn)有電廠的基建模式?，F(xiàn)在電廠控制設(shè)備的采購(gòu)大多是由設(shè)計(jì)院編制設(shè)備規(guī)范書(shū)，由建設(shè)單位組織采購(gòu)，也有一些設(shè)備由施工單位采購(gòu)，還有的控制裝置由主機(jī)廠配套或分包。這種設(shè)備的采購(gòu)方式難以保證按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)供貨。根據(jù)現(xiàn)在的實(shí)際情況，即使規(guī)范書(shū)中的技術(shù)條件十分明確，往往現(xiàn)場(chǎng)到貨卻是另一回事。不同的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是不兼容的，結(jié)果花了錢(qián)卻起不到效果。

（4）投資方、建設(shè)單位、施工單位甚至設(shè)計(jì)院的技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)缺乏深入的了解。現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)新型控制系統(tǒng)，作為現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的技術(shù)人員，尤其是設(shè)計(jì)院的熱控設(shè)計(jì)人員如果還停留在對(duì)DCS的認(rèn)識(shí)水平上是無(wú)法設(shè)計(jì)合理的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，也不可能發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)，甚至不能保證現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的正常工作。

（5）缺乏合理的設(shè)計(jì)周期?，F(xiàn)在大多數(shù)電廠的工程設(shè)計(jì)周期被大大壓縮，因此從設(shè)計(jì)院來(lái)講能按常規(guī)方案完成設(shè)計(jì)已經(jīng)是十分緊張。

4、總線技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新

電廠現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇。前面已經(jīng)講述了，不可能采用一種總線解決所有的工業(yè)控制和過(guò)程控制。工業(yè)自動(dòng)化控制包括電廠里的供水、燃料、輸灰等，與電廠相近的石化行業(yè)和制造業(yè)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)均具有成熟的經(jīng)驗(yàn)。而在火力發(fā)電廠中使用的是傳統(tǒng)的DCS，還有近年來(lái)逐步推行的FCS也就是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，火力發(fā)電廠是一個(gè)技術(shù)密集型的高技術(shù)企業(yè)，為了提高生產(chǎn)的安全性和降低生產(chǎn)的效率，需要不斷的在細(xì)節(jié)改進(jìn)工藝和控制系統(tǒng)的智能化、數(shù)字化，使得運(yùn)行人員在集控室的能盡可能多的掌握電廠的實(shí)際運(yùn)行情況并對(duì)其進(jìn)行控制和調(diào)整，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和安全性運(yùn)行的目的，這就需要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)在應(yīng)用的時(shí)候還要不斷的改進(jìn)創(chuàng)新和完善。

提高前端數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，比如對(duì)電廠中溫度的控制，可以使用熱電阻和熱電偶進(jìn)行測(cè)量，像一次風(fēng)機(jī)的馬達(dá)線圈、包括引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)線圈、鐵心、再熱器金屬壁溫度等只用對(duì)其采集數(shù)字信號(hào)。在現(xiàn)場(chǎng)總線中使用智能的前端采集系統(tǒng)，對(duì)保護(hù)的測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，之后將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送入支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的進(jìn)口閥島?？梢杂行У奶岣唠姀S的信息采集和傳遞水平，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

5、結(jié)束語(yǔ)

電廠中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的很快，在我國(guó)也屬于一個(gè)剛剛開(kāi)始的新的實(shí)物，發(fā)展的速度很快，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的信息化和全數(shù)字模式控制等新的方法，有效的提高了電廠的數(shù)字化建設(shè)，同時(shí)降低了工程的造價(jià)，提高了電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)行，提高了生產(chǎn)管理的效率，在國(guó)內(nèi)的電廠中正逐步的應(yīng)用，以不斷的替換國(guó)內(nèi)電廠的老舊設(shè)施，同時(shí)電廠運(yùn)行人員在使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)管理生產(chǎn)的過(guò)程中能積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，并提出改進(jìn)和創(chuàng)新，不斷的完善，相信將使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)電廠中獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為社會(huì)的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)提供充足的電力保障。