現(xiàn)場總線技術在數(shù)字化電廠控制系統(tǒng)設計中的應用研究

王鑫

摘要：這些年以來，人們越來越關注數(shù)字電廠的建設，數(shù)字電廠指的就是在電廠當中，通過數(shù)字化信息的管理來控制整個電廠的生產(chǎn)，并且通過數(shù)字網(wǎng)絡技術對信息進行傳遞，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享。另外，依照數(shù)字化系統(tǒng)技術來對生產(chǎn)管理進行決策，使其最優(yōu)化，讓電力生產(chǎn)的可靠性和安全性大大提升，將運營成本控制在最低范圍內，讓現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展和改革得以實現(xiàn)。本文對現(xiàn)場總線技術在數(shù)字化電廠控制系統(tǒng)設計中的應用研究進行分析，以供參考。

關鍵詞：現(xiàn)場總線技術；數(shù)字化電廠；應用模式

1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的概述

1.1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的綜合特點

國際電工與委員會定義電廠總線控制系統(tǒng)的標準是可以在制造和生產(chǎn)的時候進行現(xiàn)場安裝設置，對自控裝置進行控制的多點、雙向、數(shù)字通信數(shù)據(jù)總線，被稱為現(xiàn)場總線。它可以和現(xiàn)場智能設備共同完成控制工作，稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)可以有效控制安裝費用和成本，性價比很高，連接附件和導線數(shù)量很少。大幅度減少了原來的控制電纜和電纜橋架、接線端子等，讓各環(huán)節(jié)的費用都大大降低，對維護和改造的成本時間等進行了很好的控制，將原來繁瑣的布線圖、原理圖設計逐步簡化，并且在安裝過程中更為簡便快捷，故障診斷系統(tǒng)也讓系統(tǒng)的維護工作總量和系統(tǒng)調試量大大降低。

1.2 現(xiàn)場總線技術在數(shù)字化電廠的優(yōu)勢

現(xiàn)場總線技術的優(yōu)勢很多，主要在以下幾點，首先是互聯(lián)結構開放現(xiàn)場總線技術將原來的分散控制系統(tǒng)繁瑣的結構改變了，通過專業(yè)化通信網(wǎng)絡的設置使互聯(lián)結構日趨開放，并且進行了標準化和公開化的配置，只需要直接進行基礎設備的添加就可以在最便捷的位置連入到現(xiàn)場總線當中。其次，具有交互操作性，現(xiàn)場總線系統(tǒng)當中，用戶可以依照自己的需求對廠家品牌進行選擇，只要這些品牌的產(chǎn)品能夠達到現(xiàn)場總線的相關標準和規(guī)范，經(jīng)過測試之后，就能連入到現(xiàn)場總線當中，并且不同產(chǎn)品之間可以進行相互操作和控制。第三，數(shù)字化水平較高，現(xiàn)場總線運營的時候，通過數(shù)字化傳播的形式避免數(shù)模轉換和模數(shù)轉換，傳輸效率大大提高，信息量也逐步增大，而且數(shù)字化傳輸技術具有很強的抗干擾能力，避免出現(xiàn)較大的誤差，讓系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大增加，另外是智能化現(xiàn)場總線設備的智能化水平較高，可以進行工程量數(shù)值處理、補充計算、傳感測量等，讓整個系統(tǒng)的控制周期大大縮短，與此同時，還可以遠程維護某些現(xiàn)場設備，將發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處發(fā)生的故障和問題處理掉，讓系統(tǒng)的可靠性大大提升，最后成本較低，在信號控制的過程中，由于原先的大量控制電纜逐步縮短為單根電纜，讓分散控制系統(tǒng)的電纜總數(shù)和i/o卡件進一步減小，讓安裝調試時間大大縮短，很好的控制了成本。

1.3 常用的幾種現(xiàn)場總線

國際電工委員會進行了十幾種規(guī)格現(xiàn)場總線的設定，在實際操作過程中，pf現(xiàn)場總線和ff現(xiàn)場總線的應用最為廣泛，ff的現(xiàn)場總線可以有效控制連續(xù)量，pf的離散量控制優(yōu)越性也很強，在連續(xù)量控制的過程中應用也十分廣泛。

2 數(shù)字化電廠的技術要點

2.1 分散控制系統(tǒng)

在電廠控制中，對于分散控制系統(tǒng)的運用越來越純熟，在組態(tài)配置和設計理念方面逐步完善分散控制系統(tǒng)，主要是以微處理器為控制中心，通過相關的方法，對整個操作的過程進行分散式顯示，利用兼容和集中的設計原則，對儀表的系統(tǒng)進行控制，在過程控制過程中，以通信網(wǎng)絡為主要基礎，對計算機技術、控制技術、顯示技術、通信技術等進行融合，基本思想是進行集中操作，分散控制，分級管理，分散控制系統(tǒng)的控制能力很強，而且操作比較簡單。在中型發(fā)電廠的發(fā)電機組控制系統(tǒng)當中，應用非常廣泛，比如說監(jiān)控鍋爐、監(jiān)控管理汽輪機組的電液等，作用十分明顯。伴隨當前科學系與技術發(fā)展的速度進一步加快，現(xiàn)場總線的應用也越來越廣泛，相關技術人員也在不斷對分散控制技術的要點進行融合，并且增強其優(yōu)勢，改善儀表管理運行過程中出現(xiàn)的問題。

2.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

現(xiàn)在我國的火電機組逐步開始進行數(shù)字化，然而在現(xiàn)場相關設備方面沒有完全達到數(shù)字化水平，所以在現(xiàn)場總線技術使用的過程中需要全面推行信息化，加強設備的數(shù)字化水平可以讓數(shù)字化電廠運行的過程中經(jīng)濟效益最大化，一般的分散控制系統(tǒng)通過一種數(shù)字信號管理模式，混合了開關量和模擬量。在使用的過程中，往往只具有單向性，無法達到數(shù)字化電廠的要求，在現(xiàn)場總線技術的應用和推廣過程中，需要加強現(xiàn)場設備的數(shù)字化水平，現(xiàn)場設備的智能化能夠將狀態(tài)信息通過現(xiàn)場總線技術傳遞出來，為電廠全面數(shù)字化提供了基礎，與此同時現(xiàn)場總線技術可以讓智能設備相關儀表的發(fā)展速度進一步加快，讓可編程邏輯控制器和傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)進行有機結合，并且現(xiàn)場總線技術可以對傳統(tǒng)技術當中的各個缺陷進行有效彌補，在構建數(shù)字化電廠當中作用非常明顯，可以讓數(shù)字化電廠逐步向系統(tǒng)化、專業(yè)化方向發(fā)展。

3 數(shù)字化電廠現(xiàn)場總線技術的實際應用

3.1 機組主控系統(tǒng)分析

數(shù)字化電廠當中，現(xiàn)場總線技術的應用包含了機組主控系統(tǒng)，機組主控系統(tǒng)可以確保整個機組處于安全運行的狀態(tài)，所以保護系統(tǒng)一般情況下使用常規(guī)方式。這種方式比較成熟化，不會將其納入到現(xiàn)場總線系統(tǒng)當中。熱工主要保護信號，一般情況下采用保留硬接線，比如說汽車數(shù)字電液的控制、鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)、汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)等。在氣動閥門中的應用，一般情況下通過常規(guī)方式接入。在一些調節(jié)回路中，調節(jié)型的執(zhí)行機構可以將其接入到總線系統(tǒng)當中，在數(shù)字化電廠當中某些重要的回路或者環(huán)節(jié)，比如說引風機，給水等，一般情況下通過常規(guī)的硬接線模式進行，而一些不重要的系統(tǒng)，比如說開關、新閥門等需要接入到現(xiàn)場總線當中，現(xiàn)場總線技術的變送器和智能儀表系統(tǒng)以總線方式接入。溫度信號往往通過遠程I/O的方式對其進行接入，液位表＼溫度表＼壓力表等一般情況下不接入到現(xiàn)場總線當中。

3.2 電氣監(jiān)控系統(tǒng)分析

分散控制系統(tǒng)當中，電氣設備型號一般情況下通過硬接線的方式進行連接。在此過程中，需要控制電纜并且需要使用到很多電氣模擬量變送器，這種條件下信號采集方式會大大限制其功能。數(shù)字化電廠建設的過程中，如果沒有辦法實時傳送電氣設備信息，就會造成電廠設備故障分析和診斷的能力不強.。數(shù)字化電廠的高級技術和設備管理等也會受到一定的限制，因此現(xiàn)場總線技術設計的過程中一定要關注電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)在現(xiàn)場總線技術的的條件下連接單獨工作的繼電保護系統(tǒng)和測控裝置，并且利用電廠的智能管理設備對完整準確的信息進行接收，把控制方式逐步變成具有自動抄表設備、故障診斷等高級技術方面發(fā)展。數(shù)字化電廠技術還能夠監(jiān)控管理常用系統(tǒng)。

結束語

現(xiàn)場總線是數(shù)字化技術的大幅度提升，在本質上是數(shù)字通信技術和傳統(tǒng)信號的有機結合，對自動控制系統(tǒng)和智能現(xiàn)場設備進行很好的連接?，F(xiàn)場總線控制技術的各項功能簡易高效，而且節(jié)約了裝配和使用過程中的大量費用，技術安全度較高。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有多項優(yōu)勢，能夠支持多節(jié)點、雙向的通信數(shù)據(jù)，而且安全可靠，開放性高，現(xiàn)場總線控制技術能夠通過PLC系統(tǒng)和DCS進行控制，給電廠控制工作提供了很大的便利。

參考文獻：

[1]趙新成，伏軍軍，蘆明珠.現(xiàn)場總線系統(tǒng)在火電廠的應用探討[J].中國電力，2017，v.50；No.57902：113-116+127

[2]張學孟，劉智銘.數(shù)字化電廠建設的關鍵技術及發(fā)展[J].廣東電力，2012，09（12）.

[3]馬玉敏.現(xiàn)場總線技術在火電廠的應用[J].華電技術，2010，05（25）.

[4]馬獻果，曹奇英，焦陽.現(xiàn)場總線技術的應用及發(fā)展[J].石油化工建設，2010，06（20）.