潘寧

摘要：文章對(duì)目前火電廠(chǎng)中開(kāi)始逐漸應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(shì)，基于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)火電廠(chǎng)中現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用情況，以及目前應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了火電廠(chǎng)中未來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。

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

1引言

在目前我國(guó)社會(huì)用電負(fù)荷在不斷增加以及給火電廠(chǎng)帶來(lái)較大生產(chǎn)壓力的同時(shí)，我國(guó)的各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步并推動(dòng)了火電廠(chǎng)中自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。更是推動(dòng)火電廠(chǎng)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(chǎng)中開(kāi)始廣泛應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)來(lái)提升其結(jié)構(gòu)和性能。此技術(shù)中的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備以及自動(dòng)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(chǎng)中越來(lái)越多的智能設(shè)備應(yīng)用的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行中數(shù)據(jù)的采集和處理，而且可以發(fā)揮其對(duì)運(yùn)算進(jìn)行控制以及進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出等作用。在對(duì)上述數(shù)據(jù)處理完成之后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)向控制室的操作員站進(jìn)行傳輸，便于運(yùn)行人員來(lái)掌握電廠(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并且實(shí)現(xiàn)對(duì)就地設(shè)備的控制。實(shí)現(xiàn)了火電廠(chǎng)中信息集中以及控制分散的控制模式，也是目前火電廠(chǎng)過(guò)程控制的主要發(fā)展方向和趨勢(shì)。

2現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)

目前在火電廠(chǎng)中應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(gè)方面：一是信息量比較大的特點(diǎn)。這主要是由于在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)中的現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(lái)預(yù)測(cè)維護(hù)以及管理現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)智能設(shè)備與DCS總線(xiàn)接口的連接不需要對(duì)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(jiǎn)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(duì)雙絞線(xiàn)或者光纜上進(jìn)行多個(gè)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(chǎng)控制設(shè)備增加時(shí)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(guò)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(shí)的快速排查。五是具有較高性能的特點(diǎn)。主要表現(xiàn)在測(cè)量和控制準(zhǔn)確性能的提高以及誤差的降低。而且也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和減少了設(shè)備連線(xiàn)，加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)儀表的內(nèi)部功能，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)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(duì)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，也便于進(jìn)行重構(gòu)。

3現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1國(guó)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(chǎng)總線(xiàn)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(guó)RWE集團(tuán)的尼德豪森電廠(chǎng)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(guò)總線(xiàn)向DCS系統(tǒng)的傳輸。此外，在美國(guó)的OPPD能源集團(tuán)的Nebraska電廠(chǎng)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(chǎng)總線(xiàn)。在德國(guó)的Niederraussen電廠(chǎng)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(duì)象中應(yīng)用。意大利的TIRRENOPEWER聯(lián)合循環(huán)電廠(chǎng)也在除燃機(jī)、DEH、ETS之外基本采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

3.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況

我國(guó)首次對(duì)國(guó)產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)在秦嶺電廠(chǎng)的2×660MW超臨界機(jī)組中，通過(guò)此控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)其中的主控17個(gè)工藝系統(tǒng)以及7個(gè)輔助車(chē)間系統(tǒng)，目前設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。此外，在金陵電廠(chǎng)中的2×1000MW超超臨界機(jī)組中也采用了此種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)總線(xiàn)，還有在輔助生產(chǎn)車(chē)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(guó)的鄒縣電廠(chǎng)中的2×1000MW超超臨界機(jī)組也對(duì)我國(guó)首個(gè)FF總線(xiàn)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(cè)點(diǎn)和鍋爐壁溫測(cè)點(diǎn)中應(yīng)用。江陰夏港電廠(chǎng)中的2×330MW機(jī)組也在380V開(kāi)關(guān)柜電氣馬達(dá)控制中應(yīng)用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。國(guó)華寧海發(fā)電廠(chǎng)中的4×600MW機(jī)組中的閉式水系統(tǒng)34個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)門(mén)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)。萊州電廠(chǎng)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(guó)其他多個(gè)電廠(chǎng)中都在不同的設(shè)備和系統(tǒng)中應(yīng)用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

4現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用前景

在目前火電廠(chǎng)中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，表現(xiàn)出以下問(wèn)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(xiàn)上掛接的設(shè)備數(shù)量較多，導(dǎo)致在出現(xiàn)總線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)會(huì)對(duì)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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)對(duì)本安防爆技術(shù)的要求比較高，要求要嚴(yán)格控制總線(xiàn)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(mǎn)足此要求就需要增加總線(xiàn)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(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包傳輸延遲的問(wèn)題，而且還存在傳輸過(guò)程總的誤碼和丟包率問(wèn)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(wèn)題沒(méi)有被解決，也導(dǎo)致了目前在火電廠(chǎng)中存在DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(shí)，正在大力推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用并推動(dòng)火電廠(chǎng)向數(shù)字化控制方向發(fā)展。而針對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(wèn)題的情況，則需要采用以太網(wǎng)一通到底的方式來(lái)改進(jìn)。此種方式節(jié)省了從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)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(guò)程，只需要在報(bào)文經(jīng)過(guò)從站節(jié)點(diǎn)的同時(shí)來(lái)對(duì)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(jiǎn)單、通信性能優(yōu)良且成本較低，是未來(lái)的主要研究以及發(fā)展趨勢(shì)。

5結(jié)語(yǔ)

在目前數(shù)字化火電廠(chǎng)在不斷發(fā)展和進(jìn)步的同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)由于具有較大的信息量、節(jié)約資源、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、性能高等優(yōu)點(diǎn)而在火電廠(chǎng)應(yīng)用中表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是由于目前從全球范圍內(nèi)針對(duì)火電廠(chǎng)中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的案例還比價(jià)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(wèn)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(shí)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化以及對(duì)高速以太網(wǎng)協(xié)議理念的應(yīng)用，突破目前現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)電廠(chǎng)范圍內(nèi)對(duì)此技術(shù)的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李土波. 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在火力發(fā)電廠(chǎng)電氣控制系統(tǒng)中的運(yùn)用[J]. 山東工業(yè)技術(shù)， 2017（1）：197-198.

[2] 胡建， 李偉， 劉傳榮， et al. 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在火力發(fā)電廠(chǎng)電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 南方農(nóng)機(jī)， 2017（16）.