吳云龍
摘 要:現(xiàn)場總線與智能儀表能實現(xiàn)自診斷、遠程整定以及在線采集運行設備信息的功能,極大地提高了管理工作的效率,目前,已廣泛應用在石油化工、汽車制造、冶金等領域,并成功應用于核電廠中。從硬、軟件兩方面對現(xiàn)場總線和智能儀表與核電廠DCS接口及應用進行了探討,提出了現(xiàn)場總線網絡系統(tǒng)設計及實施應注意的問題,以供參考。
關鍵詞:現(xiàn)場總線;智能儀表;核電廠;DCS
中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.089
現(xiàn)場總線技術具有智能化、互操作性、多站點、雙向通信等優(yōu)點。在科技不斷發(fā)展的推動下,現(xiàn)場總線技術與智能儀表儀器應用在核電廠中取得了明顯的效果。其相關理論不斷完善、可靠性不斷提高,為在不同領域中的普及奠定了堅實的基礎。
1 總線設備和DCS接口的分析和應用
1.1 總線設備和DCS硬件接口的分析
現(xiàn)場總線和智能儀表與核電廠DCS系統(tǒng)通信的實現(xiàn)需借助專門的硬件設備和相關的通信協(xié)議。其中,總線智能設備包括Modbus、HART、FF等。
Modbus總線智能設備和核電廠DCS系統(tǒng)的通信基于國家GB 29618.315以及國際IEC61784.2標準,要求一個Modbus主站有從站的個數(shù)最多為247個,主從之間的通信基于Modbus協(xié)議。為了提高Modbus總線的抗干擾能力和可靠性,采用信號隔離光耦和隔離電源實現(xiàn)了對電氣的隔離。系統(tǒng)中中壓開關是較為重要的設備,其借助硬接線實現(xiàn)與DCS輸出、輸入模塊的連接。在工作中,為了達到診斷及在線監(jiān)視中壓開關設備的目的,通過光纜及Modbus-TCP網關實現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)視信號向DCS系統(tǒng)的傳輸。
HART總線設備和DCS硬件接口基于GB 29910.1~GB 29910.6國家標準規(guī)定的HART協(xié)議實現(xiàn)通信。協(xié)議中,控制信息與變量經4~20 mADC進行傳輸。同時,通過該協(xié)議可實現(xiàn)對診斷信息、設備組態(tài)、過程參數(shù)等內容的訪問。智能執(zhí)行機構與總線型智能儀表常應用于核電廠中,其中,使用智能儀表時需要對DCS進行配置,使其具有HART通信功能,實現(xiàn)遠程整定、過程優(yōu)化以及在線故障診斷等功能。智能執(zhí)行機構由智能電液閥、氣動調節(jié)閥以及電動調節(jié)閥構成。電液閥HART協(xié)議和4~20 mADC控制信號進行疊加,閥體上就緒信號、開關狀態(tài)等借助硬接線和DCS輸入模塊相連。氣動調節(jié)閥數(shù)字定位器通過兩根硬接線連接在DCS輸出模塊,并進行HART閥位反饋信號、4~20 mADC控制信號的傳輸。通過硬接線將行程開關的狀態(tài)信息傳輸給DCS。電動調節(jié)閥的協(xié)議同樣可與4~20 mADC控制信號疊加,依據ART協(xié)議將閥位反饋信號反向傳輸給DCS系統(tǒng)。
FF現(xiàn)場總線智能儀表優(yōu)點明顯,不僅連接方便,且可進行遠程校準,具有較強的抗干擾能力。IEC61158國際標準將FF現(xiàn)場總線分成高速、低速兩種情況,傳輸速率分別為2.5 MB/s、1 MB/s、31.25 KB/s。此外,F(xiàn)F智能儀表電源可通過場外提供,還可由FF總線提供,實踐中應考慮使用FF總線模塊提供電源。
1.2 總線設備和DCS軟件接口的應用
現(xiàn)場總線智能儀表和智能執(zhí)行機構的正常工作不僅需要硬件支撐,還需要對軟件進行合理配置。配置軟件時,應重點考慮通信要求、通信協(xié)議、寄存器地址、設備地址等內容,尤其應注重通信協(xié)議版本的一致性,使現(xiàn)場總線反饋信息及時顯示在DCS系統(tǒng)畫面上,提醒工作人員及時處理出現(xiàn)的異常情況。
2 現(xiàn)場總線網絡系統(tǒng)設計及實施注意事項
為了保證現(xiàn)場總線和智能儀表在核電廠穩(wěn)定工作,應對其進行合理設計,并注意實施細節(jié),尤其應注重考慮以下4方面的內容。
2.1 注重智能儀表選型
核電廠應用的現(xiàn)場總線設備類型較多,比如中壓電氣設備、變頻器、電動機控制器、分析儀表、電磁流量計等。為了保證核電廠的正常運行,應確保這些設備具有可靠、穩(wěn)定的工作性能。因此,在選擇設備時,應選擇實力雄厚廠家提供的產品,并注重對設備質量和性能檢驗,滿足相關要求后才允許應用。
2.2 合理分配總線網段
現(xiàn)場總線設備信息傳輸通常共享一根電纜。一旦網關和主干電纜出現(xiàn)故障,則會導致信息傳輸失敗,對核電廠的安全運行造成威脅。因此,控制器、電源、總線網段均應注重冗余設計,從而提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。此外,深入分析電纜長度、儀表位置、智能型號等內容,在此基礎上對總線網段進行合理分配。通常要求不能在總線網段分配太多的控制回路,從而使現(xiàn)場總線網絡的可靠性進一步提高。
2.3 考慮通信接口兼容
為了保證現(xiàn)場總線各職能設備正常工作,要求智能設備具備與DCS配置相同的通信協(xié)議,或安裝能與DCS進行通信的轉化模塊。因此,安裝智能設備時應將樣品提供給DCS供應商,對現(xiàn)場總線智能設備的兼容性進行測試,尤其應對低壓開關柜、馬達控制器、電動執(zhí)行機構等進行兼容性測試,保證設備接口間的兼容性。
2.4 把握設備安裝細節(jié)
為了確?,F(xiàn)場總線智能設備正常工作,降低故障發(fā)生率,應嚴格按照規(guī)范標準安裝,把握安裝細節(jié),提高安裝質量。具體而言,應分析現(xiàn)場總線電纜和動力電纜的位置,兩者無法平行敷設,且其之間的距離應滿足規(guī)范要求,電纜屏蔽層接地應可靠;現(xiàn)場總線電纜應在帶蓋電纜托盤中敷設,最長敷設長度應滿足要求;核電廠中輻射性價比較高的位置不能采用現(xiàn)場總線方式通信,避免輻射對相關設備造成不良影響;安裝完成后,應進行試運行,做好充分的調試工作,及時處理安裝中出現(xiàn)的不良問題,結合智能儀表的工作狀況進行適當改進,確保設備的工作性能達到最佳,為現(xiàn)場總線智能設備的正常工作做好鋪墊。
3 結束語
現(xiàn)場總線和智能儀表在核電廠中的應用涉及很多專業(yè)知識,需要考慮和核電廠DCS接口的兼容性,尤其應保證所用設備和DCS使用相同版本的通信協(xié)議。為了保證設備的正常工作,還應進行合理設計,把握施工細節(jié),嚴格按照相關規(guī)范標準進行施工,不斷提高核電廠的管理、運營水平。
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〔編輯:張思楠〕