現(xiàn)場總線技術在火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中的運用分析

繆希希 孫斌 張昊 蔣如森 曹華瑞

摘? 要：我國火電廠生產(chǎn)規(guī)模不斷增加，火電廠生產(chǎn)自動化水平也明顯提高，對于生產(chǎn)管理和運行系統(tǒng)提出了更高的要求。現(xiàn)場總線技術在電氣控制系統(tǒng)中的應用顯著提高了控制系統(tǒng)自動化水平，更有利于保障火電廠的穩(wěn)定生產(chǎn)?；诖耍撐耐ㄟ^對電氣控制系統(tǒng)的介紹，分析了現(xiàn)場總線技術的應用優(yōu)勢，最后詳細分析了現(xiàn)場總線技術的應用。以期能夠進一步推廣現(xiàn)場總線技術，充分發(fā)揮技術價值。

關鍵詞：現(xiàn)場總線技術? ?火電廠? ?電氣控制系統(tǒng)? ?故障診斷? ?在線監(jiān)控

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0044-03

Abstract： China's thermal power plant production scale continues to increase， thermal power plant production automation level is also significantly improved， for the production management and operation system put forward higher requirements. The application of fieldbus technology in electric control system significantly improves the automation level of control system and is more conducive to the stable production of thermal power plant. Based on this， this paper analyzes the advantages of the application of fieldbus technology through the introduction of electrical control system， and finally analyzes the application of fieldbus technology in detail. In order to further promote the field bus technology， give full play to the value of technology.

Key Words： Fieldbus technology; Coal-fired power plants; Electrical control system; Fault diagnosis; Online monitoring

火電廠不斷加強信息化建設，對火電廠生產(chǎn)展開信息化管理，建立更完善的信息管理系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)作為火電廠生產(chǎn)管理的重要系統(tǒng)，負責對設備運行情況展開監(jiān)控和控制，當設備故障問題出現(xiàn)及時預警，保證生產(chǎn)順利進行。

1? 火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)

目前，我國火電廠使用的電氣控制系統(tǒng)主要有兩種：一種為電氣控制管理系統(tǒng)（ECMS），另一種為電氣現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（EFCS）。ECMS均以現(xiàn)場總線技術作為基礎實現(xiàn)，但和DCS系統(tǒng)沒有通信功能，仍然需要通過I/O接入系統(tǒng)，無法充分利用現(xiàn)場總線，造成硬接線投資的浪費。EFCS系統(tǒng)在ECMS系統(tǒng)基礎上改進，和DCS系統(tǒng)實現(xiàn)了互聯(lián)互通，EFCS能夠與DCS系統(tǒng)實現(xiàn)連接通信，規(guī)避EFMS系統(tǒng)通信上的弊端，有效減少硬接線的接入，讓投資費用和建設資源得到降低，避免對信息的重復采集，系統(tǒng)操作更加簡潔。EFCS系統(tǒng)通過兩種方式連接DCS系統(tǒng)，為通信+硬接線、全通信兩種方式。在大型電動機上，監(jiān)控方式和傳統(tǒng)硬接線不同，但操作方式接近，方便工作人員熟悉操作。通過接入DCS系統(tǒng)控制，能夠建立電能管理、報警以及監(jiān)視系統(tǒng)，方便工作人員運維管理，減少投資，讓各項控制功能獨立進行[1]。

2? 現(xiàn)場總線技術優(yōu)勢

2.1 應用靈活度高

現(xiàn)場總線技術兼容性強，能夠在多種系統(tǒng)中應用，現(xiàn)場總線技術應用于電氣控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)采取分布式結構，在不同位置設置控制節(jié)點，對各個節(jié)點進行針對性的管控，保證控制功能的同時，在一定程度上布設系統(tǒng)更加靈活。在火電廠范圍內(nèi)，靈活布設監(jiān)控節(jié)點構成控制系統(tǒng)，能夠對各個位置的設備進行監(jiān)控和控制，構成網(wǎng)絡拓撲結構，將復雜的控制系統(tǒng)細化，減輕主機控制性能的壓力[2]。在延長主機使用壽命的同時，有利于提高整體控制效率。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)采取分布式網(wǎng)絡結構，在采購設備上也更加靈活，在實際應用過程中能夠選擇多種信息傳輸方式，適應于火電廠的生產(chǎn)。

2.2 系統(tǒng)布設分散

應用現(xiàn)場總線技術建設控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采取分布式結構，控制節(jié)點分散，不會完全依賴于主機設備。電氣控制系統(tǒng)運行時，將大系統(tǒng)劃分為多個小系統(tǒng)，小系統(tǒng)間分散并行，分別控制不同范圍。分別負責火電廠的各部分工作，保證各部分工作獨立運行，保證控制系統(tǒng)的靈活性，部分設備、系統(tǒng)發(fā)生故障并不會影響其他系統(tǒng)，能夠進行針對性的維修與維護，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3? 現(xiàn)場總線技術在火力發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中的運用

3.1 設計方案

現(xiàn)場總線技術對于設計方案要求高，需要配合DCS控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)招標前，提前明確總線范圍和設備數(shù)量，對總線網(wǎng)段進行初步劃分，方便于控制系統(tǒng)評標中評估總線網(wǎng)段配置[3]。項目實施中，和控制系統(tǒng)共同進行網(wǎng)段設計?？偩€網(wǎng)段設計需要準確定位現(xiàn)場設備，設計提前進行設計。

3.2 采購設備

根據(jù)發(fā)電廠采購流程，在控制系統(tǒng)招標前采購主要設備和輔助設備等，根據(jù)現(xiàn)場總線接口要求和技術協(xié)議進行采購相關設備。除執(zhí)行機構和現(xiàn)場儀表之外，其他總線設備由DCS廠家提供，包括總線電纜、總線電源、機柜等設備，保證設備和系統(tǒng)的匹配率。在招標中標后，立即開始測試平臺，對所有需要使用的設備進行測試，保證總線設備正常應用。

3.3 應用范圍

在電氣控制系統(tǒng)中應用現(xiàn)場總線，要求現(xiàn)場總線技術具有較高的控制保護系統(tǒng)。鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)、緊急跳閘系統(tǒng)、數(shù)字電液控制系統(tǒng)以及旁路控制系統(tǒng)等影響主機安全運行和保護系統(tǒng)，不納入現(xiàn)場總線范圍。現(xiàn)場總線主要包括：（1）開關量儀表，液位開關、壓力開關等可使用遠程I/O技術，納入現(xiàn)場總線。（2）非重要回路的氣動執(zhí)行機構，納入現(xiàn)場總線;重要回路的執(zhí)行機構可使用HART+常規(guī)硬接線方案納入。（3）非重要回路的電動執(zhí)行機構，可納入現(xiàn)場總線;重要回路機構采用現(xiàn)場總線+硬接線方式納入[4]。（4）非重要系統(tǒng)的閥門電動裝置納入;重要系統(tǒng)的裝置分為兩部分，正?？刂乒δ苡涩F(xiàn)場總線完成，聯(lián)鎖、保護功能由DCS硬接線完成。（5）主機保護/輔助保護和聯(lián)鎖信號仍然保留硬接線方案。（6）溫度測點采用遠程I/O方案。（7）測量信號采取現(xiàn)場總線方案。

3.4 配置要求

總線設備網(wǎng)段要根據(jù)控制功能和工藝，根據(jù)設備功能、分布位置等，進行支路、分支、數(shù)量的設計。根據(jù)要求設計總線控制柜數(shù)量以及位置。DCS至總線柜使用光纖網(wǎng)絡，主站掛接DP網(wǎng)絡控制在10個以內(nèi)，每網(wǎng)段掛接總線數(shù)量應控制在最大數(shù)量40%以內(nèi)，DP網(wǎng)段不需安裝中繼器。用于控制功能的Profibus-PA總線網(wǎng)段，掛接現(xiàn)場總線設備控制在9個之內(nèi)，每個網(wǎng)段掛接閥門控制在2個以內(nèi)。用于非控制功能的網(wǎng)段掛接總線設備控制在最大數(shù)量50%。Profibus-PA網(wǎng)段長度不應超過1 300 m，Profibus-DP網(wǎng)絡速度不低于500 kB。

3.5 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結構

控制系統(tǒng)主要包括通信網(wǎng)絡、接口設備以及設備分散處理幾部分。在分散設備上安裝控制器可組態(tài)拓展系統(tǒng)，一旦有設備出現(xiàn)故障，不會對系統(tǒng)其他設備運行產(chǎn)生影響，從根本上保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行?；痣姀S控制系統(tǒng)根據(jù)火電生產(chǎn)工藝流程和總線功能分為緊急跳閘系統(tǒng)、電液調節(jié)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、順序調節(jié)系統(tǒng)、調節(jié)控制系統(tǒng)等幾部分[5]。現(xiàn)場總線智能儀表無控制功能，因此現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)分配劃分，在子系統(tǒng)中完成控制。每臺機組均配置操作人員，保證機組的穩(wěn)定運行。

3.6 網(wǎng)段設計

火電廠控制系統(tǒng)根據(jù)地理位置、系統(tǒng)規(guī)模、工藝功能等進行控制系統(tǒng)網(wǎng)段設計，設計質量關系到系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)性能。根據(jù)儀表和工藝流程進行網(wǎng)段設計，接地設備均為磨煤機和給煤機連接儀表，在相鄰位置上放置，設備連接在同個網(wǎng)段中。Profibus-DP主站掛接冗余設備，建立DP網(wǎng)絡作為現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。風門擋板、煤閘門以及電動執(zhí)行機構具有冗余通信接口。常規(guī)監(jiān)測設備包括流量、壓力等通信接口，和耦合器接口連接，共同構成通信網(wǎng)絡[6]。

4? 結語

綜上所述，在火電廠控制系統(tǒng)中應用現(xiàn)場總線技術具有投資成本低、應用靈活度高、系統(tǒng)布設分散的優(yōu)勢。應用現(xiàn)場總線技術接入DCS系統(tǒng)，采取分布式結構采集現(xiàn)場信息，對火電廠生產(chǎn)各個部分進行控制，能夠充分保證各部分穩(wěn)定運行，密切監(jiān)控生產(chǎn)故障，降低火電廠生產(chǎn)的成本，更有利于提高火電廠生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，推動電力事業(yè)的進步以及發(fā)展。

參考文獻

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