無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在托克托電廠供熱領(lǐng)域的應(yīng)用

田亭

【摘要】針對內(nèi)蒙古大唐國際托克托電廠對工業(yè)園區(qū)供熱的實際情況，從現(xiàn)有的供熱監(jiān)測和計量手段出發(fā)，利用無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的無線監(jiān)測和計量，論述了各種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)的融合，分析了無線控制技術(shù)的經(jīng)濟性，對無線控制技術(shù)在電廠的應(yīng)用進行了展望，提升供熱熱網(wǎng)的技術(shù)管理水平。

【關(guān)鍵詞】供熱；無線通訊技術(shù)；無線監(jiān)測；Modbus通訊

引言

近一段時間以來，無線控制技術(shù)已成為自動化領(lǐng)域的熱門話題，無線控制技術(shù)可以大幅降低控制系統(tǒng)成本，并有效簡化控制系統(tǒng)，具有逐步替代傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的潛力，是未來自動化產(chǎn)品新的增長點和發(fā)展方向之一。傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)是有線控制系統(tǒng)，具有監(jiān)控點數(shù)量多、布線復(fù)雜、集成難度較大，施工、調(diào)試、運行、維護工作量大等問題。首先，惡劣的環(huán)境給工程布線帶來了一定的困難；其次，由于布線數(shù)量多和布線路徑復(fù)雜，一方面需要設(shè)置母線槽、電纜橋架、電纜穿管等，另一方面需要根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境選擇耐高溫、防爆、阻燃等要求的電纜，以及橋架隔板，還需考慮防火堵料封堵等；再次，不便于維護，系統(tǒng)的安裝、查線、調(diào)試需要花費大量時間，維護與更換的復(fù)雜度大，費用較高，影響電廠建設(shè)工期；最后，電纜易老化腐蝕，控制系統(tǒng)長期運行面臨著電纜老化、腐蝕破損等其他自然或人為損壞因素。因此，與有線控制方式相比，無線控制技術(shù)的優(yōu)越性是不言而喻的。在保證信號安全、暢通、可靠的條件下，通過無線技術(shù)可以將電廠用于監(jiān)視、控制、報警、保護等現(xiàn)場儀表傳感器與實時控制系統(tǒng)、直到上層管理信息系統(tǒng)相集成，無線技術(shù)還可應(yīng)用于現(xiàn)場無線設(shè)備之間互聯(lián)等。因此，無線控制技術(shù)具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。

1、無線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

為實現(xiàn)無線設(shè)備的互換性和互操作性，降低成本，擴大應(yīng)用，實現(xiàn)規(guī)模效益，無線技術(shù)必須實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而使來自不同生產(chǎn)廠商的無線智能儀表與控制系統(tǒng)產(chǎn)品能夠在同一網(wǎng)絡(luò)平臺下協(xié)同工作。早在2005年，國際自動化學(xué)會ISA100就倡導(dǎo)并致力于通過定義和頒布系列標(biāo)準(zhǔn)、推薦導(dǎo)則以及組成相應(yīng)技術(shù)工作組，以實現(xiàn)自動化和控制環(huán)境下的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化。迄今為止，無線網(wǎng)絡(luò)仍難以統(tǒng)一到一個真正意義上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，仍需要有一個融合發(fā)展的過程，其現(xiàn)狀是：其中有的無線標(biāo)準(zhǔn)已正式頒布實施，有的還在討論審批過程中，有的尚處于研發(fā)階段。目前無線標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：1、無線HART標(biāo)準(zhǔn)2、無線ISA100標(biāo)準(zhǔn)3、無線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)4、無線WIA—PA標(biāo)準(zhǔn)5、無線IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)6、其它無線。

IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE LAN/MAN標(biāo)準(zhǔn)委員會制訂的有關(guān)無線局域網(wǎng)通信的系列標(biāo)準(zhǔn)。無線EnOcean標(biāo)準(zhǔn)是樓宇自動化領(lǐng)域的一種無線通信系統(tǒng)，至今并未獲得相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的批準(zhǔn)認可，但受到西門子等公司的大力支持。此外，還有僅在有限范圍內(nèi)用于傳輸少量數(shù)據(jù)的IEEE 802.15.1（藍牙）無線個域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以及廣為所知的GSM/GPRS等無線標(biāo)準(zhǔn)。

2、無線標(biāo)準(zhǔn)的融合

不難看出，目前無線標(biāo)準(zhǔn)的種類繁多，它們在市場中也各占有一席之地，要想實現(xiàn)無線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一非常難，無線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的融合面臨很大的挑戰(zhàn)。在這些新興的無線標(biāo)準(zhǔn)中有三個公認的主流標(biāo)準(zhǔn)，它們是無線ISA100.11a、無線HART、無線WIA—PA。由于無線ISA100.11a和無線HART之間有重合性，ISA100委員會為推進無線標(biāo)準(zhǔn)的融合工作，成立了融合小組—ISA100.12，目前ISA100.12已經(jīng)開始做無線標(biāo)準(zhǔn)的融合工作，負責(zé)無線ISA100和無線HART的技術(shù)融合，它獨立咨詢各個終端用戶需求，成立融合用戶需求團隊來接受用戶的需求，并提出無線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)融合建議，融合工作建議請求已于2010年9月投票通過，并得到了ISA100委員會的批準(zhǔn)。

雖然無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融合的過程是艱難和漫長的，但隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和市場需求的推動，相信在不久的將來，無線標(biāo)準(zhǔn)融合工作一定會有突破性進展，以實現(xiàn)無線控制產(chǎn)品價值的最大化。

3、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在托電公司供熱中的應(yīng)用

托電公司#8機組給工業(yè)園區(qū)供汽考慮到計量及費用核算的問題，所以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件儀表安裝的位置較遠，使用有線設(shè)備安裝成本較高、且維護費用較高。

托克托電廠公司通過與艾默生公司及上海?？怂共_有限公司商討，最終決定決定就地儀表采用艾默生的1420無線網(wǎng)關(guān)與FOXBORO公司的FBM230卡件通過RS485通訊協(xié)議進行有線數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)對工業(yè)園區(qū)供汽流量、溫度、壓力的采集。托電公司使用的無線網(wǎng)關(guān)通過RS485與DCS進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

托克托電廠#8機組至工業(yè)園區(qū)供汽流量、溫度、壓力等無線儀表通過無線傳輸中繼器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)通過RS485通訊協(xié)議傳輸?shù)酵须姽?11機組DCS遠程站，通過FOXBORO FBM230卡件進行信號采集，從而實現(xiàn)了供汽流量、溫度及壓力信號的采集。

EPM工程師2013年10月現(xiàn)場勘察和調(diào)試，最終項目投運日期為2013年底，截止到2015年9月整個智能無線系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，溫度、壓力、流量信號斷線異常偶爾發(fā)生。

通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在托電公司供熱領(lǐng)域的引用，有以下優(yōu)點：（1）技術(shù)上實現(xiàn)起來比較合理，可以避免有線網(wǎng)絡(luò)布線相對于供熱網(wǎng)絡(luò)分散、實施難度難以預(yù)料的缺點，又可實現(xiàn)對熱網(wǎng)運行情況的實時監(jiān)測。對于用汽結(jié)算提供及時、準(zhǔn)確、有效的支持。（2）無線組網(wǎng)具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)。另外無線組網(wǎng)覆蓋范圍廣，無需網(wǎng)絡(luò)布線就能夠覆蓋所有的熱網(wǎng)管線，擴容無限制，可以滿足今后供汽業(yè)務(wù)擴大的需求。（3）通過實時監(jiān)測熱網(wǎng)蒸汽運行情況，可以提高供熱系統(tǒng)的安全性。同時蒸汽參數(shù)和結(jié)算熱量數(shù)據(jù)不用到就地去抄表，節(jié)約了人力資源投入。由于實現(xiàn)了結(jié)算蒸汽數(shù)據(jù)自動采集，能夠防止人為因素造成的誤差，減少了因此而帶來的供熱銷售收入的損失。

4、無線技術(shù)在電廠應(yīng)用展望

如前所述，無線控制技術(shù)已經(jīng)在電廠水源地、灰?guī)?、葉輪給煤機等地得到成功應(yīng)用，因此，在電廠無人值守的泵房、油灌區(qū)等輔助車間或輔助系統(tǒng)采用無線控制技術(shù)是可行的。

隨著無線控制協(xié)議融合的發(fā)展以及智能無線儀表、執(zhí)行器的應(yīng)用發(fā)展，在保證信號安全、暢通的條件下，無線技術(shù)原則上可以用于電廠的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視、排放監(jiān)視、旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)視、視頻安防、火焰遙測、廠內(nèi)通信、常規(guī)控制和保護等。

當(dāng)巡檢人員配置具有全功能PC環(huán)境的無線移動工具，可實現(xiàn)與運行人員及現(xiàn)場設(shè)備的無線通信，完成現(xiàn)場設(shè)備及過程的就地數(shù)據(jù)收集、檢查、故障診斷、調(diào)校等，需要時也可與實時監(jiān)控系統(tǒng)、計算機狀態(tài)檢修系統(tǒng)、計算機文檔系統(tǒng)等實現(xiàn)信息共享。配置無線定位跟蹤系統(tǒng)后，可實施現(xiàn)場人員的動態(tài)管理。

5、電廠應(yīng)用無線控制技術(shù)的建議

無線技術(shù)是過程控制領(lǐng)域最前沿的技術(shù)，采用無線控制技術(shù)使發(fā)電廠的設(shè)計、施工、

調(diào)試和運行更加智能化和簡單化。目前，美國艾默生公司、美國霍尼韋爾公司和日本橫河電機公司等已研發(fā)出一系列智能無線儀表設(shè)備，而且在國內(nèi)外都有成功的應(yīng)用業(yè)績，因此，可以在電廠的某些區(qū)域或系統(tǒng)逐步用無線控制系統(tǒng)替代有線控制系統(tǒng)。在電廠應(yīng)用無線控制技術(shù)的建議如下。

（1）基于目前國內(nèi)的應(yīng)用經(jīng)驗，建議先在水源地、葉輪給煤機、除灰系統(tǒng)、城市供熱網(wǎng)站、輸煤碼頭卸料系統(tǒng)等采用無線控制系統(tǒng)，逐步擴展到其它輔助車間系統(tǒng)。

（2）在電廠中應(yīng)用無線技術(shù)應(yīng)選擇合適的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和有一定技術(shù)實力以及工程應(yīng)用能力的供應(yīng)廠商，從而使所選定的無線控制系統(tǒng)滿足電廠安全性、擴展性、開放性、可靠性、良好電源管理性和多協(xié)議支持等要求。

（3）選擇無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時，建議重點考慮：一是較低頻率的無線技術(shù)有著較長的通信距離；二是在傳輸距離和空間數(shù)據(jù)傳輸速率之間要掌握好平衡點，傳輸速率越低其傳輸距離則越遠；三是選用合理的傳輸方法，如：固定頻率、FHSS、DSSS、OFDM等，采取一定的安全措施，如：信息加密、鑒定/確認、密匙管理等。