現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用研究

潘寧

摘要：文章對目前火電廠中開始逐漸應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)的概念進(jìn)行介紹，分析其余其他控制系統(tǒng)所表現(xiàn)出的特點(diǎn)和優(yōu)勢，基于目前國內(nèi)外對火電廠中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用情況，以及目前應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，提出了火電廠中未來現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù)；火電廠；應(yīng)用

1引言

在目前我國社會用電負(fù)荷在不斷增加以及給火電廠帶來較大生產(chǎn)壓力的同時，我國的各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步并推動了火電廠中自動化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及過程控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。更是推動火電廠工業(yè)控制領(lǐng)域出現(xiàn)了較大的技術(shù)變革，也就是在火電廠中開始廣泛應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)來提升其結(jié)構(gòu)和性能。此技術(shù)中的現(xiàn)場總線就是對現(xiàn)場的智能設(shè)備以及自動化系統(tǒng)進(jìn)行連接，并且是一種數(shù)字式、雙向傳輸以及多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。此技術(shù)的應(yīng)用可以在目前火電廠中越來越多的智能設(shè)備應(yīng)用的同時，實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)行中數(shù)據(jù)的采集和處理，而且可以發(fā)揮其對運(yùn)算進(jìn)行控制以及進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出等作用。在對上述數(shù)據(jù)處理完成之后通過現(xiàn)場總線向控制室的操作員站進(jìn)行傳輸，便于運(yùn)行人員來掌握電廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并且實(shí)現(xiàn)對就地設(shè)備的控制。實(shí)現(xiàn)了火電廠中信息集中以及控制分散的控制模式，也是目前火電廠過程控制的主要發(fā)展方向和趨勢。

2現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)

目前在火電廠中應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)與傳統(tǒng)的DCS相比所表現(xiàn)出的特點(diǎn)主要有以下幾個方面：一是信息量比較大的特點(diǎn)。這主要是由于在現(xiàn)場總線技術(shù)中的現(xiàn)場儀表中可以具有較多的控制功能，還可以實(shí)現(xiàn)多變量的測量和傳輸，以及遠(yuǎn)程整定儀表設(shè)定值，在其自診斷的基礎(chǔ)上來預(yù)測維護(hù)以及管理現(xiàn)場設(shè)備。二是具有節(jié)約資源的特點(diǎn)。這主要是由于采用此技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場智能設(shè)備與DCS總線接口的連接不需要對I/O模件的點(diǎn)位進(jìn)行占用，因此減少了DCS模件柜以及繼電器柜及其所占用的設(shè)備面積。三是具有安裝簡單的特點(diǎn)。這主要是有采用此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在一對雙絞線或者光纜上進(jìn)行多個設(shè)備的掛接，因此節(jié)省了電纜和槽盒、電纜橋架的用量，而且在現(xiàn)場控制設(shè)備增加時也不需要再增加新的電纜。四是具有維護(hù)方便的特點(diǎn)。這主要是由于通過此技術(shù)可以將智能設(shè)備的信息向工程師站以及操作員站輸送，幫助運(yùn)行人員掌握就地設(shè)備信息以及故障狀況，可以實(shí)現(xiàn)在故障發(fā)生時的快速排查。五是具有較高性能的特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在測量和控制準(zhǔn)確性能的提高以及誤差的降低。而且也簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和減少了設(shè)備連線，加強(qiáng)了現(xiàn)場儀表的內(nèi)部功能，實(shí)現(xiàn)了信號往返傳輸?shù)臏p少以及系統(tǒng)工作可靠性的提高。此外，還可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化的簡單設(shè)計(jì)，也便于進(jìn)行重構(gòu)。

3現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1國外應(yīng)用情況

目前在全球范圍內(nèi)具有比較高的智能化程度以及現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用最為全面且樁基容量最大的機(jī)組就是德國RWE集團(tuán)的尼德豪森電廠中的1×950MW機(jī)組，其主要實(shí)現(xiàn)了將全民健設(shè)備狀態(tài)和信息通過總線向DCS系統(tǒng)的傳輸。此外，在美國的OPPD能源集團(tuán)的Nebraska電廠中的2×740MW機(jī)組中，也在其中的大約一半的設(shè)備和儀表中應(yīng)用了現(xiàn)場總線。在德國的Niederraussen電廠中的1×950MW機(jī)組中，也將此技術(shù)在除FSSS、DEH以及ETS之外的其他的被控對象中應(yīng)用。意大利的TIRRENOPEWER聯(lián)合循環(huán)電廠也在除燃機(jī)、DEH、ETS之外基本采用了現(xiàn)場總線。

3.2國內(nèi)應(yīng)用情況

我國首次對國產(chǎn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時在秦嶺電廠的2×660MW超臨界機(jī)組中，通過此控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對其中的主控17個工藝系統(tǒng)以及7個輔助車間系統(tǒng)，目前設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。此外，在金陵電廠中的2×1000MW超超臨界機(jī)組中也采用了此種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，在除FSSS、DEH、ETS、MEH、METS 等系統(tǒng)之外的主機(jī)的單回路控制設(shè)備中使用了現(xiàn)場總線，還有在輔助生產(chǎn)車間中的鍋爐補(bǔ)給水、凈水站以及廢水處理中應(yīng)用了此控制系統(tǒng)。還有我國的鄒縣電廠中的2×1000MW超超臨界機(jī)組也對我國首個FF總線技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，其主要在汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)溫度測點(diǎn)和鍋爐壁溫測點(diǎn)中應(yīng)用。江陰夏港電廠中的2×330MW機(jī)組也在380V開關(guān)柜電氣馬達(dá)控制中應(yīng)用了現(xiàn)場總線。國華寧海發(fā)電廠中的4×600MW機(jī)組中的閉式水系統(tǒng)34個現(xiàn)場總線電動門采用了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。萊州電廠中的2×1000MW機(jī)組中的海水淡化、凝結(jié)水精處理、鍋爐補(bǔ)給水、二次風(fēng)系統(tǒng)等也采用了此技術(shù)。此外還有我國其他多個電廠中都在不同的設(shè)備和系統(tǒng)中應(yīng)用了現(xiàn)場總線。

4現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用前景

在目前火電廠中對現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用過程中，表現(xiàn)出以下問題需要在后續(xù)的發(fā)展和進(jìn)步中進(jìn)行突破：首先就是由于在目前的總線上掛接的設(shè)備數(shù)量較多，導(dǎo)致在出現(xiàn)總線斷開時會對系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，這就需要重點(diǎn)做好主機(jī)重要保護(hù)設(shè)備和應(yīng)用的研究與技術(shù)突破。其次就是由于現(xiàn)場總線技術(shù)對本安防爆技術(shù)的要求比較高，要求要嚴(yán)格控制總線上所掛接的負(fù)載供電的關(guān)聯(lián)設(shè)備的輸出電壓和電流。為了滿足此要求就需要增加總線上可掛接的負(fù)載數(shù)，但是這也增加了電纜的使用。最后就是存在總線網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包傳輸延遲的問題，而且還存在傳輸過程總的誤碼和丟包率問題，增加了控制系統(tǒng)分析和綜合情況的復(fù)雜性。

正是由于上述問題沒有被解決，也導(dǎo)致了目前在火電廠中存在DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場總線并存使用的情況，但是在目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)發(fā)展的同時，正在大力推進(jìn)現(xiàn)場總線的應(yīng)用并推動火電廠向數(shù)字化控制方向發(fā)展。而針對目前現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)所采用的管理網(wǎng)格結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致上述通信延遲以及誤碼問題的情況，則需要采用以太網(wǎng)一通到底的方式來改進(jìn)。此種方式節(jié)省了從現(xiàn)場設(shè)備對數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收、解碼以及向控制設(shè)備進(jìn)行復(fù)制等過程，只需要在報(bào)文經(jīng)過從站節(jié)點(diǎn)的同時來對相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并且將輸入數(shù)據(jù)向報(bào)文中插入，不僅延遲比較短而且不限簡單、通信性能優(yōu)良且成本較低，是未來的主要研究以及發(fā)展趨勢。

5結(jié)語

在目前數(shù)字化火電廠在不斷發(fā)展和進(jìn)步的同時，現(xiàn)場總線技術(shù)由于具有較大的信息量、節(jié)約資源、安裝簡單、維護(hù)方便、性能高等優(yōu)點(diǎn)而在火電廠應(yīng)用中表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢。但是由于目前從全球范圍內(nèi)針對火電廠中應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的案例還比價少，且通常是與DCS系統(tǒng)共存的情況，而且在應(yīng)用中也表現(xiàn)出較多的缺點(diǎn)和問題。這就需要在目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)快速發(fā)展的同時，通過對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡化以及對高速以太網(wǎng)協(xié)議理念的應(yīng)用，突破目前現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，實(shí)現(xiàn)在整個電廠范圍內(nèi)對此技術(shù)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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