現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

段振峰

山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司 山西太原 030000

現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通訊的數(shù)據(jù)總線，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。由于現(xiàn)場總線技術(shù)本身具有的優(yōu)勢及為將來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備級的數(shù)字化創(chuàng)造條件，電廠廠用電控制系統(tǒng)決定采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本特征

1.1 開放性

就現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實(shí)際情況來看，電廠機(jī)組控制系統(tǒng)主要采用分散控制系統(tǒng)，大多以封閉式結(jié)構(gòu)為主體，此種情況下導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)行設(shè)備接入操作時(shí)難度較大。相關(guān)研究人員加以實(shí)踐分析后，通過對開放性分層分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的分散化布置，提高監(jiān)控的智能化，促進(jìn)分布式的控制體系結(jié)構(gòu)的形成，從而在電廠電氣控制體系中充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)場總線控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有靈活性，其具有多種結(jié)構(gòu)形式，包括星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)和總線形結(jié)構(gòu)，其通信介質(zhì)不受限制，通過對同軸電纜和光纖電纜等進(jìn)行有效應(yīng)用，有助于提高電廠電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1.2 分散性

現(xiàn)場總線技術(shù)具有良好的分散性，其在實(shí)際應(yīng)用方式比較靈活，擴(kuò)建和重組的效率較高，在電氣系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電氣控制系統(tǒng)設(shè)備的校驗(yàn)、調(diào)試，一定程度降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而提高工作效率，維護(hù)電廠電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 成本低

與DCS系統(tǒng)相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)域OEM技術(shù)使得開發(fā)周期縮短，從而使得開發(fā)的成本降低。而現(xiàn)場總線徹底的分散分布結(jié)構(gòu)使得1對1模擬信號(hào)的傳輸形式變成了1對多的數(shù)字信號(hào)的傳遞形式，無疑使得模擬信號(hào)傳輸過程中D/A，A/D轉(zhuǎn)換裝置，布線裝置等的維修費(fèi)用與成本降低。因此，整體而言現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)比DCS的成本低很多。

2 電廠電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線的實(shí)際應(yīng)用

2.1 電廠用電控制系統(tǒng)的構(gòu)成

電廠用電控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線和DCSI/O相結(jié)合的方式，每臺(tái)機(jī)組電氣系統(tǒng)設(shè)置一套廠用電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用三層設(shè)備雙層網(wǎng)形式。整個(gè)系統(tǒng)由主站層、通信子站層和連接主站層與通信子站層的高速光纖以太網(wǎng)以及連接通信子站層與間隔層的現(xiàn)場總線構(gòu)成。廠用電監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過雙冗余通訊服務(wù)器與DCS通訊進(jìn)行連接，廠用電監(jiān)控系統(tǒng)由單元機(jī)組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)和公用廠用電監(jiān)控系統(tǒng)組成。單元機(jī)組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)接入單元機(jī)組DCS，公用廠用電監(jiān)控系統(tǒng)通過冗余網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與兩臺(tái)單元機(jī)組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)連接，并通過軟、硬件閉鎖措施僅能接受其中一臺(tái)機(jī)組的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的操作。主站層設(shè)備負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控，由1臺(tái)工程師兼操作員站、雙機(jī)冗余配置的系統(tǒng)服務(wù)器、雙機(jī)冗余配置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、雙機(jī)冗余配置的DCS接口機(jī)、SIS接口機(jī)、以及其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。前置層設(shè)備即通訊子站層，主要由安裝于電氣繼電器室的多串口通訊服務(wù)器即公用接口機(jī)和安裝在各配電裝置內(nèi)的雙冗余通訊管理單元組成。它具有數(shù)據(jù)處理及通訊功能，用以實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間信息的“上傳下發(fā)”，并監(jiān)視和管理各測控單元等設(shè)備。

2.2 電廠現(xiàn)場總線方式的廠用電控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）電氣信息量采集完整。所采集的電氣信息量包括所有電流量、電壓量、保護(hù)動(dòng)作信息、頻率、啟動(dòng)信息、開關(guān)狀態(tài)、控制回路監(jiān)控信息等。

（2）降低設(shè)備成本。采用現(xiàn)場總線控制模式，不僅可以減少大量的DCS隔離器件、端子柜、I/O卡件等的使用，還可以將綜合智能測控單元直接安裝于開關(guān)柜上，在開關(guān)柜外用總線進(jìn)行連接，從而大幅度節(jié)約控制電纜。

（3）減少施工和維護(hù)工作量。在使用現(xiàn)場總線時(shí)，會(huì)取消大量的硬接線使用，減少了施工、安裝、調(diào)試、檢修和維護(hù)的工作量。

（4）提高廠用電運(yùn)行的可靠性。FCS可以作為DCS控制的后備，在DCS出現(xiàn)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)對廠用電的控制和監(jiān)控。另外，由于各智能測控單元的功能是獨(dú)立的，且風(fēng)險(xiǎn)散，即使出現(xiàn)測控裝置故障，也僅涉及到相關(guān)元件，而不影響其他間隔，因而具有可靠性。

（5）提高信息轉(zhuǎn)換的精確度。使用現(xiàn)場總線，可有效避免信號(hào)，尤其是4-20mA的模擬信號(hào)量在傳輸過程中的衰減和干擾，從而提高測量精度。

3 現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用效果

通過對DCS系統(tǒng)進(jìn)行觀察和分析可知，系統(tǒng)規(guī)模往往是影響電氣信息及系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素，因此電廠相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)對電氣引入量進(jìn)行合理控制，以保證電廠電氣控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相關(guān)實(shí)踐研究表明，在對現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用后，ECMS系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的獲取電廠電氣控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，控制好信息的容量比，將電氣智能裝置及時(shí)納入到電氣監(jiān)控范圍內(nèi)，便于相關(guān)工作人員更加及時(shí)準(zhǔn)確的掌握電氣信息，促進(jìn)電廠電氣控制系統(tǒng)的有效運(yùn)行，提高電廠工作效率。在對現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用后，便于電氣控制系統(tǒng)對控制命令進(jìn)行有效保留，并準(zhǔn)確控制好電氣開關(guān)狀態(tài)，通過對現(xiàn)代化的電器遙測和遙感信號(hào)等技術(shù)的有效應(yīng)用，便于現(xiàn)場總線及時(shí)向DCS系統(tǒng)傳遞電氣信息，一定程度上提高了電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行的有效性和可控性。傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)模擬信號(hào)方式逐漸被現(xiàn)代數(shù)字化通信方式所取代，通過智能裝置的有效利用實(shí)現(xiàn)對電壓、功率和電流等模擬量進(jìn)行交流采樣，促進(jìn)就地信息傳輸?shù)挠行?shí)現(xiàn)，降低電纜使用量，切實(shí)提高電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)是電廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程中，應(yīng)用最為廣泛的新技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)在電廠自動(dòng)化控制中的應(yīng)用能夠不斷積累工作經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)掌握用戶需求，有效提升電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。