探究現(xiàn)場(chǎng)總線與電廠全集成自動(dòng)化

周韜

摘 要：電廠自動(dòng)化與其他工業(yè)過程控制自動(dòng)化一樣，隨著自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，控制范圍經(jīng)歷了單個(gè)設(shè)備、子系統(tǒng)、單島、多島、單機(jī)組、多機(jī)組、全電廠的逐步擴(kuò)大過程；自動(dòng)化水平從安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行向市場(chǎng)運(yùn)行發(fā)展。逐步實(shí)現(xiàn)電廠全集成自動(dòng)化對(duì)加速其穩(wěn)定發(fā)展有重要意義。文章首先對(duì)電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的基本思路與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行了基本介紹，最后對(duì)電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的體現(xiàn)進(jìn)行了分析，望以上研究能夠引起各方人員的關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：電廠全集成自動(dòng)化 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0083-01

由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)具有區(qū)別于現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜網(wǎng)的諸多優(yōu)勢(shì)，且能夠與不同智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，因此可縮小現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)試維護(hù)工作，綜合效益確切。故而可以預(yù)見的是：電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)將與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)齊頭并進(jìn)，共同發(fā)展。因此，逐步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的融合有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著電廠運(yùn)行規(guī)模的不斷擴(kuò)大，自動(dòng)化水平也有明顯的提升趨勢(shì)，電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中所覆蓋的控制點(diǎn)以及采樣點(diǎn)均呈直線上升趨勢(shì)。因此，在電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行期間，對(duì)電纜的用量明顯增長(zhǎng)，分布范圍也更加全面，聯(lián)接對(duì)象更是比較復(fù)雜。從這一角度上來說，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為直接影響電廠生產(chǎn)系統(tǒng)的一環(huán)，必須高度重視對(duì)它們的監(jiān)控、維護(hù)以及管理。在這一整體思路下，包括聯(lián)接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)開始被納入電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的研究范疇當(dāng)中。

為解決在復(fù)雜過程系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行中存在的一系列問題，全集成自動(dòng)化系統(tǒng)得到了非常深入的應(yīng)用。其主要思路是：在單一、全集成系統(tǒng)支持下解決系統(tǒng)內(nèi)部存在的所有問題。因此，全集成自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)有可集成性的要求，并且各個(gè)子系統(tǒng)需要建立在同一平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)功能的統(tǒng)一與兼容。

電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有多層分布的特點(diǎn)，以多層網(wǎng)絡(luò)的方式與各個(gè)子系統(tǒng)以及設(shè)備進(jìn)行連接。智能化功能分布在各級(jí)子系統(tǒng)及設(shè)備上，并盡量下放，直至I/O模件及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。各子系統(tǒng)完成自身的功能，并在上層命令管理或控制下協(xié)調(diào)工作。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是現(xiàn)階段最具典型價(jià)值的開放性現(xiàn)場(chǎng)總線之一，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)的行業(yè)領(lǐng)域，引入國際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)串行現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的技術(shù)以及功能特性進(jìn)行了準(zhǔn)確定義，能夠確保各個(gè)設(shè)備制造商所提供的部件連接與標(biāo)準(zhǔn)相符合，同時(shí)具有開放性的特點(diǎn)。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以根據(jù)其運(yùn)行特點(diǎn)劃分為三個(gè)類型：第一，是PROFIBUS-FMS現(xiàn)場(chǎng)總線，此類現(xiàn)場(chǎng)總線可用于電廠級(jí)總線網(wǎng)，與各個(gè)子系統(tǒng)形成聯(lián)接關(guān)系，從而滿足數(shù)據(jù)通信方面的需求；第二，是PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，此類現(xiàn)場(chǎng)總線可用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)單位，支持現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，且具有快速性以及可循環(huán)性的特點(diǎn)，通信速度正常條件下可達(dá)到12.0 Mbit/s以上，具有較強(qiáng)的抗干擾能力；第三，是PROFIBUS-PA現(xiàn)場(chǎng)總線，此類現(xiàn)場(chǎng)總線可用于對(duì)安全性有嚴(yán)格要求的本質(zhì)安全區(qū)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)單位，如可用于有防爆要求的工作區(qū)域，滿足過程自動(dòng)化。

無論在電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的現(xiàn)場(chǎng)總線為哪種類型，其所構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)均是由多個(gè)主站以及從站子網(wǎng)共同構(gòu)成的，一個(gè)主站與多個(gè)從站形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過電纜、光纜、紅外線、或組合形式連接。

其中，對(duì)于DP主站而言，其作為整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的核心部件，應(yīng)用范圍較廣，可集成在自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中，也可以混合接口模件運(yùn)行。在多個(gè)可設(shè)置的周期下，主站能夠與各個(gè)從站實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)先設(shè)置數(shù)據(jù)的交換，也可以在特定事件的觸發(fā)條件下對(duì)非周期數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫處理。同時(shí)，主站還能夠支持實(shí)現(xiàn)對(duì)從站發(fā)送中斷的確認(rèn)與周期性數(shù)據(jù)交換做合并處理，最大限度的確保自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽颗c完整，并通過對(duì)數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行讀寫的方式，實(shí)現(xiàn)子站的組態(tài)化與參數(shù)化，支持信息診斷功能的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于電機(jī)廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)而言，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)中的操作設(shè)備型DP主站主要由編程器、操作設(shè)備以及組態(tài)設(shè)備這三個(gè)方面構(gòu)成，其與DP從站連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，同時(shí)支持對(duì)數(shù)據(jù)記錄的讀寫操作，對(duì)組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并設(shè)置地址，以滿足信息診斷的要求。

而DP從站則可以是具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的智能現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器，也可以是各種具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口功能的傳感器設(shè)備、遠(yuǎn)程操作站。這些DP從站能夠接收來自于主站的各種指令，并根據(jù)指令設(shè)置參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的操作并傳輸數(shù)據(jù)信息。不同的設(shè)備類型決定了DP從站信息數(shù)據(jù)量的輸出、輸入大小。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線在電廠全集成自動(dòng)化中的體現(xiàn)

第一，電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中可引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)支持遠(yuǎn)程I/O站功能的實(shí)現(xiàn)：即通過遠(yuǎn)程站點(diǎn)與遠(yuǎn)程傳統(tǒng)I/O模件接口，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備或循泵房、水處理系統(tǒng)等輔機(jī)系統(tǒng)的控制。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還支持利用遠(yuǎn)程啟動(dòng)器接口，實(shí)現(xiàn)包括電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器等大啟動(dòng)設(shè)備的靈活控制，此過程當(dāng)中能夠支持三相負(fù)載的啟動(dòng)、停止以及保護(hù)等相關(guān)操作。

第二，電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中可引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)支持現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)：即利用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的支持下直接實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門部件的遠(yuǎn)程操作與控制，在不影響閥門正常啟停的前提下，能夠省去閥門操控相關(guān)的接觸器以及開關(guān)模件。而在電機(jī)保護(hù)裝置中，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，能夠滿足對(duì)電機(jī)進(jìn)行雙向控制的要求，遠(yuǎn)程設(shè)置保護(hù)條件邏輯，減少了外部電流互感器以及開關(guān)等裝置的工作量。

4 結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在數(shù)字通信基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)的信號(hào)電纜網(wǎng)而言，具有電纜長(zhǎng)度小，敷設(shè)方法簡(jiǎn)單，抗干擾性能好，總費(fèi)用低等多個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，不僅優(yōu)化了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)效果，同時(shí)還達(dá)到了降低運(yùn)行成本的目的。因此，在電廠全集成自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的價(jià)值是非常突出的。該文圍繞其展開分析，望促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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