現(xiàn)場(chǎng)總線在數(shù)字化電廠中的應(yīng)用

李艾宸

摘 要：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種全開放、全數(shù)字、全分散的新型控制技術(shù)。該文介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)總線在數(shù)字化電廠中的應(yīng)用，并結(jié)合我國燃?xì)怆姀S實(shí)際應(yīng)用提出了相應(yīng)的建議，希望能對(duì)相關(guān)人員有所借鑒意義。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線 數(shù)字化 電廠 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM731 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0001-01

數(shù)字化電廠的建設(shè)由于其無可比擬的優(yōu)勢(shì)越來越得到廣泛的重視，通過建設(shè)數(shù)字化電廠可以提高電廠生產(chǎn)安全可靠性，可以有效的降低運(yùn)營成本。數(shù)字化電廠的構(gòu)成框架主要包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、直接控制層、管控一體化層和管理決策層四個(gè)組成部分的數(shù)字化。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，直接控制層、管控一體化層和管理決策層的數(shù)字化都得到了較快的發(fā)展。而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層仍處在通過將一對(duì)一的模擬量或者開關(guān)量上傳至DCS各子系統(tǒng)的階段，解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的數(shù)字化的主要手段是采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，通過在電廠應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，使得數(shù)字化電廠的發(fā)展得到促進(jìn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)概念及優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為FCS，是通過現(xiàn)場(chǎng)總線將現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備連接的控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線是通過數(shù)字式、串行、雙向、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線將現(xiàn)場(chǎng)裝置與放置在控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置進(jìn)行連接。與DCS相比，F(xiàn)CS的優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面。

（1）開放性。通過采用公開化、標(biāo)準(zhǔn)化、全分布式的結(jié)構(gòu)，而不是采用專用的通信網(wǎng)絡(luò)局限，若現(xiàn)場(chǎng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備，可以在現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段上就近連接。

（2）互操作性。對(duì)于需要接入現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的產(chǎn)品，只要符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在經(jīng)過驗(yàn)證測(cè)試后就可以接入現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。

（3）通信全數(shù)字化。通過全數(shù)字化的通信，使得現(xiàn)場(chǎng)信息量大大增加，同時(shí)抗干擾能力得到大大提高，可以有效減少傳輸過程中的誤差，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（4）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化。在現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算等多項(xiàng)功能，縮短了控制周期。

（5）可靠性高、維護(hù)性好。由于現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和運(yùn)行實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的可靠性高，維護(hù)性好。

（6）系統(tǒng)及工程成本降低。通過一根網(wǎng)絡(luò)電纜既可以實(shí)現(xiàn)原來大量電纜可以實(shí)現(xiàn)的功能，極大地降低了系統(tǒng)及工程的投入成本。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃機(jī)控制中的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息以數(shù)字化狀態(tài)信號(hào)的形式傳輸?shù)郊厥?，?shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，可以及時(shí)掌握來自基層控制級(jí)的信息。通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使得“設(shè)備故障檢修”改變?yōu)椤霸O(shè)備狀態(tài)維護(hù)”，同時(shí)由此產(chǎn)生的大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息為管理決策提供了基礎(chǔ)和依據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)隨著燃?xì)怆姀S的快速發(fā)展而被應(yīng)用到燃?xì)廨啓C(jī)控制中，它的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃?xì)怆姀S的應(yīng)用，使得燃機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到了大大的簡(jiǎn)化，使得燃機(jī)配套成本得到了有效的降低，結(jié)束了燃機(jī)控制一機(jī)一控的模式。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃?xì)怆姀S的應(yīng)用，使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自治性得到加強(qiáng)，同時(shí)也可以根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)將燃油控制、防喘控制和注汽控制等分別實(shí)現(xiàn)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性增強(qiáng)，機(jī)組控制性能得到進(jìn)一步提高。

（3）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃?xì)怆姀S的應(yīng)用，增強(qiáng)了數(shù)字信號(hào)傳輸過程中的抗干擾能力，使得信號(hào)的準(zhǔn)確性和可靠性得到了顯著提高。

（4）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃?xì)怆姀S的應(yīng)用使得燃?xì)廨啓C(jī)控制的全分散、全數(shù)字化控制網(wǎng)絡(luò)得到了實(shí)現(xiàn)，更加有利于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全廠控制的一體化，避免了燃機(jī)控制的信息“孤島”。

（5）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃?xì)怆姀S的應(yīng)用更加方便了控制系統(tǒng)集成，針對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，無論功率大小，使用要求和控制規(guī)模的大小均可以非常方便的進(jìn)行硬件和軟件的配置，通過系統(tǒng)集成和調(diào)試的方式，方便地得到個(gè)性化的解決方案。

某燃?xì)怆娬臼褂肎E公司的MARKVI一體化控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可帶現(xiàn)場(chǎng)總線和遠(yuǎn)程I/0，同時(shí)可將燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)和全廠BOP控制集成在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)，該系統(tǒng)可以完成動(dòng)力裝置及全廠輔助系統(tǒng)的全部控制、保護(hù)和監(jiān)控任務(wù)，各設(shè)備的控制軟件和監(jiān)控操作軟件HMI可在同一個(gè)組態(tài)軟件平臺(tái)下開發(fā)，對(duì)于特定控制功能的執(zhí)行周期已經(jīng)達(dá)到l0 ms的實(shí)時(shí)性量級(jí)。江蘇中航動(dòng)力控制有限公司采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的燃機(jī)控制系統(tǒng)也已成功地應(yīng)用于LM SOOOST IG燃機(jī)發(fā)電機(jī)組燃機(jī)及余熱鍋爐的工程實(shí)踐。

3 影響現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)推廣應(yīng)用的因素

3.1 統(tǒng)一總線標(biāo)準(zhǔn)困難

現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)方面沒有統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn)的種類繁多，但任何一種標(biāo)準(zhǔn)都無法覆蓋所有的應(yīng)用面。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)不同的總線產(chǎn)品互相連接比較困難，由于通信協(xié)議也存在很大差異，使得FCS的開放性、分散性和可互操作性等特點(diǎn)得不到充分體現(xiàn)。

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理和分析沒有有效利用

從已經(jīng)使用現(xiàn)場(chǎng)總線的電廠來看，現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理和分析并沒有得到有效的利用。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)解決了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化問題，但由于各個(gè)電廠的實(shí)際管理軟件的功能仍在進(jìn)一步健全，廠級(jí)SIS和MIS中的優(yōu)化控制、狀態(tài)診斷等功能還需要進(jìn)一步完善充實(shí)，這就使得遠(yuǎn)程診斷功能和管理自動(dòng)化并沒有一起被納入監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 快速性與安全性需進(jìn)一步驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠應(yīng)用的快速性和安全性還需進(jìn)一步驗(yàn)證，在實(shí)際應(yīng)用中，由于電廠對(duì)控制回路要求高、對(duì)安全性和穩(wěn)定性要求高，而PROFIBUS總線和FF總線可以滿足機(jī)組控制對(duì)一般輸入、輸出信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性的要求，但無法滿足快速處理回路的時(shí)間要求。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還需要進(jìn)一步的熟悉和掌握，對(duì)于為安全或快速響應(yīng)而設(shè)置的開關(guān)量信號(hào)，還必須考慮采用常規(guī)DCS的I/0模件來處理。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)總線型設(shè)備的遠(yuǎn)擇范圍相對(duì)較小

由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的設(shè)備應(yīng)用時(shí)間不長，還沒有形成統(tǒng)一的準(zhǔn)入機(jī)制和設(shè)備規(guī)范，使得相關(guān)的設(shè)備質(zhì)量參差不齊，同時(shí)相關(guān)成熟設(shè)備較少，使得在進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)選擇范圍較小，無法達(dá)到選擇最優(yōu)設(shè)備的目的。

4 結(jié)語

該文介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)概念及優(yōu)勢(shì)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃機(jī)控制中的應(yīng)用、影響現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)推廣應(yīng)用的因素，論述了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在燃機(jī)控制中的應(yīng)用，希望能有一定的借鑒意義和參考價(jià)值。

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