智能儀表在電廠中的應用

黃 敏,張存光（國核示范電站有限責任公司,山東 榮成 264312）

智能儀表在電廠中的應用

黃 敏,張存光
（國核示范電站有限責任公司,山東 榮成 264312）

智能儀表融入了計算機技術和通信技術，大大提高了測量的精度和可靠性，降低了維護工作的難度，更帶來了控制和維護工作的本質(zhì)改變，在電廠中得到了越來越多的應用。但同時也存在著標準不統(tǒng)一、系統(tǒng)部兼容、人員需培訓等問題。隨著控制系統(tǒng)數(shù)字化、電廠儀表智能化的大趨勢，智能儀表必將得到更廣泛的應用，發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

智能儀表；電廠；維護；協(xié)議標準

1 智能儀表概述

隨著新型傳感技術、計算機技術和通信技術等在測量領域中的廣泛應用，常規(guī)功能的測量儀表與微處理器相結(jié)合并賦予智能而成為智能儀表，具有了信息監(jiān)測和信息處理功能。與傳統(tǒng)儀表相比，智能儀表在精度、重復性、可靠性、量程比等方面，技術指標高，且便于調(diào)校，功能強大可靠，特別是智能儀表的通信能力，為自動控制系統(tǒng)提供了堅實的基礎。

2 電廠熱工測量介紹

電廠是一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較復雜的場所，其熱工儀表具有種類多、規(guī)模大、易損壞等特點，給儀表維護人員的工作帶來很大困難。

電廠的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要求對多種變量進行測量，最常見的包括溫度、壓力、流量、液位等變量。所用到熱工儀表有以下幾類：傳感器，包括熱電阻、熱電偶、壓力傳感器、液位計等；變送器，包括壓力變送器、差壓變送器、液位變送器、溫度變送器等；就地顯示儀表，包括壓力表、溫度計、智能數(shù)顯儀等；輔助儀表，包括壓力校驗儀、熱工信號校驗儀、流量計算儀、壓力校驗裝置、溫度校驗裝置等。另外，廣義上的儀表也包括了閥門、電機等設備的定位、控制機構。

電廠熱工測量規(guī)模比較大，以裝機容量30萬千瓦的火電機組為例，其儀表控制系統(tǒng)約有7000個IO點，60萬千瓦的火電機組則有上萬個IO點。

電廠熱工儀表所處的環(huán)境一般比較惡劣，具有高溫、高濕度、高振動、灰塵量大等特點，這些都是比較典型 的環(huán)境因素。熱工測量儀表長時間處于這樣的環(huán)境中運行，不可避免地會受到影響，長此以往，儀表便會出現(xiàn)各種故障問題，如線纜老化、絕緣損壞等。

以溫度測量儀表為例，熱電阻常見的故障包括電阻值偏低、偏高及示值不穩(wěn)定，主要原因有內(nèi)部短路、接線端子接觸不良、絕緣降低等。熱電偶的故障問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是熱電動勢小于實際值。原因可能是熱電偶內(nèi)部存在漏電、接線柱短路、內(nèi)部受潮、補償導線短路、測量端損壞等；二是熱動勢大于實際值。原因可能有補償導線與熱電偶種類不符、插入深度不足、接線松動等；三是儀表顯示值不穩(wěn)定。原因可能為熱電偶接地短路、熱電偶擺動、安裝不牢靠、接線柱接觸不良等。這些故障常見的排除方法一般是緊固接線端子、清洗烘干、更換線纜元件等。

另外，熱工儀表一般需要進行定期維護，例如熱電阻需要每周進行一次外部清潔工作，每12個月需要使用二等標準鉑熱電阻溫度計進行一次校準。

3 智能儀表在電廠應用分析

根據(jù)實踐統(tǒng)計證明，65%的現(xiàn)場儀表維護工作都是不必要的，因為檢查完才發(fā)現(xiàn)問題的出現(xiàn)是由于其他設備或過程本身的原因，而非儀表的故障；75%從現(xiàn)場拆下來檢修的控制閥門最后發(fā)現(xiàn)并不需要拆下來；儀表技術員50%的工作時間花在了文案書面工作上。

智能儀表具有數(shù)據(jù)處理和通信功能，維護人員可以通過智能設備管理系統(tǒng)，對智能儀表、智能閥門定位器等進行在線組態(tài)、調(diào)整、校驗管理、診斷及數(shù)據(jù)庫事件記錄，在線獲得儀表和閥門的過程信息和診斷信息，同時自動對所有設備的維護信息進行歸檔，優(yōu)化了過程儀表和閥門的維護工作，從而為智能設備預防性維護、預測性維護及前瞻性維護提供一體化解決方案。

目前主流智能儀表通過其配套的管理軟件能實現(xiàn)如下功能：

（1）遠程組態(tài)：智能儀表可用通過遠程組態(tài)功能改變、存儲、比較和轉(zhuǎn)換設備組態(tài)，例如在切換或替換設備時只需要將組態(tài)數(shù)據(jù)復制到新的設備中即可。設備的組態(tài)記錄可以遠程查看。操作人員也不必進入危險或惡劣的場所就能對變送器進行組態(tài)。

（2）狀態(tài)監(jiān)測及診斷：智能儀表可以對自身狀態(tài)進行診斷，并將當前狀態(tài)和診斷結(jié)果輸出至遠程顯示界面。維護人員可以實時便捷地查看設備狀態(tài)，診斷儀表潛在的故障，實現(xiàn)預測性維護，降低設備故障影響生產(chǎn)安全的可能性。

（3）在線校驗：智能儀表可以實現(xiàn)遠程校驗，即通過累計數(shù)據(jù)和長期運行曲線，參考同一位置的其他儀表數(shù)據(jù)，得出零點漂移和增益等校驗數(shù)據(jù)，不需要將變送器從現(xiàn)場拆下到實驗室進行標定即可完成儀表的不間斷在線校驗，大大縮短了儀表校驗時間，降低了維護成本。另外，智能儀表可通過軟件進行測試方案的定義，設備校驗預約和設備校驗數(shù)據(jù)的管理。

（4）數(shù)據(jù)庫文檔自動記錄：智能儀表所有相關的事件和警報，如：登入信息、組態(tài)記錄、校驗信息、診斷信息、維修記錄和報警信息等都可以輸出至遠程數(shù)據(jù)庫，生成儀表的設備趨勢圖，用戶無需再翻閱歷史記錄就可以比較設備經(jīng)常出現(xiàn)的問題，從而找出故障的根本原因。

（5）調(diào)試時的快速檢查：智能儀表調(diào)試時，可以快速進行接線回路測試以及連鎖回路測試，并提供儀表投運狀況報告，大大減小了調(diào)試工作量，縮短調(diào)試時間（據(jù)統(tǒng)計可減小40%到60%的調(diào)試時間），降低調(diào)試成本。

現(xiàn)在，智能儀表在新設計建造的電廠和進行技術改造的老電廠中都得到了廣泛的應用，例如羅斯蒙特3051型智能壓力變送器和SKT型智能溫度變送器已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的模擬信號傳感器。智能儀表目前常見的維護方式有兩種，一是使用手持智能終端連接到智能儀表的信號線上，操縱人員就可對儀表的存儲器發(fā)送與接收信息。通過手持終端，操縱人員還可以在現(xiàn)場接線處設定變儀表的參數(shù)，而且一臺手持終端又可適用于多臺智能變送器；二是智能儀表通過通訊的方式直接連接到儀表控制系統(tǒng)，通過開放的網(wǎng)絡結(jié)構，智能儀表之間還可以相互通信實現(xiàn)互操作。這種遠方通信的方式，大大降低了維護工作量，可以最大程度地發(fā)揮智能儀表的優(yōu)勢。

但是，智能儀表在電廠中的應用還處于比較基礎的起步階段，大部分智能儀表被當做普通儀表使用，遠遠沒有發(fā)揮出應有的作用。限制智能儀表正常應用的原因主要有以下幾點：

（1）總線協(xié)議不統(tǒng)一：智能儀表依賴于總線完成信息的傳輸，而現(xiàn)在工業(yè)總線協(xié)議很多，例如HART、Mod-Bus、Profi-Bus、CON等都是現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場常用的總線協(xié)議。協(xié)議之間彼此并不兼容，給智能儀表的設計生產(chǎn)帶來很大困難。

（2）和控制系統(tǒng)部不兼容：當前工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的主流是DCS，但常用的DCS對智能儀表的支持并不好，不能完全發(fā)揮出智能儀表的優(yōu)勢。在未來，工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展到FCS階段時，智能儀表的功能才能得到充分的應用。

（3）人員培訓不足：雖然智能儀表的應用給維護人員帶來了很大的便利，但作為一項新的技術，跟以往的傳統(tǒng)儀表有很大不同，需要對維護人員進行全面的培訓，才能做好智能儀表的維護工作。

4 總結(jié)展望

隨著我國電廠機組逐漸向高參數(shù)、大容量的方向發(fā)展，對機組監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，想要進一步確保機組安全、穩(wěn)定運行，必須確保熱工測量準確、可靠、便于維護。因此，電廠應不斷提高熱工測量的技術水平，加強熱工儀表維護管理工作。而這一切，歸根結(jié)底只能通過控制系統(tǒng)數(shù)字化、電廠儀表智能化來實現(xiàn)。

儀表的智能化，可以大大提高電廠的控制水平，降低故障發(fā)生的概率，減少維護人員的工作量，是更加安全穩(wěn)定運行的必經(jīng)之路。而智能化的儀表，也需要技術人員不斷努力，統(tǒng)一標準、解決與控制系統(tǒng)的兼容問題、總結(jié)使用維護經(jīng)驗，才能最大程度地發(fā)揮其優(yōu)勢。

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[3]陳學銀.智能溫度測量儀表設計探析[J].科技與生活,2010(20):128.

黃敏（1988-），女，工學學士，助理工程師,主要從事：電廠儀表控制方面的工作。