數(shù)字化電廠現(xiàn)場總線技術應用研究

趙婧

（秦能齊源電力工程設計有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101）

1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)特點

現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表互連的通信網絡，是現(xiàn)場通信網絡與控制系統(tǒng)的集成。在電廠進行建設和安裝生產設備過程中，利用數(shù)字化技術，從而將多種信息和數(shù)據(jù)進行處理，并使不同的操作流程有效地實現(xiàn)。在電廠進行建設過程中，通過現(xiàn)場總線技術的應用，能夠有效降低安裝成本，增加各個連線間的作用，減少電廠的電線總數(shù)，使電廠整體更加整潔。由于實施現(xiàn)場總線，在電廠線路設計和安裝過程中，能夠減少安裝時間，同時也為電廠后續(xù)的維修和保養(yǎng)提供更多的便利。

2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概念及優(yōu)勢

隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，已經形成整體的控制系統(tǒng)，并用FCS 作為名稱的代替。利用現(xiàn)場總線，使智能設備與總線形成聯(lián)系，從而將多種信息和數(shù)據(jù)進行傳輸，并通過電廠的控制管理系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)進行整理，并建立完善的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)整體系統(tǒng)協(xié)調和統(tǒng)一。通過FCS 與DCS 系統(tǒng)進行比較，F(xiàn)CS 具有以下優(yōu)勢。

（1）在進行數(shù)據(jù)和信息收集和傳輸過程中，能夠實現(xiàn)具有開放性的特點，從而能夠使整體系統(tǒng)逐步完善。通過將不同通信信息進行連接，對各個總線設備，實現(xiàn)現(xiàn)場管理和調度。

（2）在電廠建設和發(fā)展過程中，不同設備及系統(tǒng)的融入，能夠實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互操作性。按照各自系統(tǒng)具備的執(zhí)行標準和方式，使現(xiàn)場總線完成對不同系統(tǒng)的測試和使用。

（3）通過不同數(shù)據(jù)和信息的傳輸，利用現(xiàn)場總線能夠實現(xiàn)通信全數(shù)字化，也能增加自身抗干擾能力，降低由于產生的誤差而出現(xiàn)問題，并為系統(tǒng)的穩(wěn)定提供更多的支持。

（4）利用現(xiàn)場總線的優(yōu)勢，在不同設備間能夠實現(xiàn)現(xiàn)場設備的智能化，增加多種測量和補充方式，并減少控制所需時間。

（5）通過長時間對現(xiàn)場總線效果分析，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并能夠充分發(fā)揮自身特點，實現(xiàn)現(xiàn)場總線的有效利用。

（6）由于傳統(tǒng)電廠需要大量的電纜作為基礎，使用現(xiàn)場總線技術后，能夠提高控制系統(tǒng)的利用率，同時也能有效地減少工程建設成本。

3 現(xiàn)場總線技術在燃機控制中的應用

在進行電廠建設過程中，首先要成立集控室，使現(xiàn)場總線技術得到支持，通過對現(xiàn)場設備進行調試，使產生的數(shù)據(jù)和信息轉換成數(shù)字化信息輸送到集控室。這樣就能使現(xiàn)場總線的控制過程中，出現(xiàn)數(shù)字化和網絡化狀態(tài)。所以在對燃機控制中，應用現(xiàn)場總線技術，不僅能夠對設備出現(xiàn)的問題及時報警，同時也能建立完善的數(shù)據(jù)信息平臺，并為后續(xù)的控制和維修處理提供更多的支持。所以應用現(xiàn)場總線技術，能夠使電廠燃氣輪機控制系統(tǒng)產生更多的效益，并通過以下幾點得到充分的證明。

（1）根據(jù)燃氣電廠的控制系統(tǒng)特點，在進行控制和操作過程中，利用現(xiàn)場總線能夠實現(xiàn)流程簡單化，并降低燃機工作成本，使整體系統(tǒng)獲得理想的工作狀態(tài)。

（2）在現(xiàn)場總線運行過程中，通過具有的數(shù)字化能力，將整個現(xiàn)場設備進行自動修復和調整，并將燃氣輪機的各個結構分別控制，實現(xiàn)整體運行穩(wěn)定高效的效果。

（3）由于現(xiàn)場總線具有數(shù)字化控制能力，能夠將產生的數(shù)據(jù)和信息進行數(shù)字化的控制，增強自身的抵抗外界干擾能力，在進行信息和數(shù)據(jù)傳輸時，使傳輸過程更加穩(wěn)定和安全。

（4）將燃氣輪機系統(tǒng)與現(xiàn)場總線聯(lián)系，能夠實現(xiàn)燃氣輪機系統(tǒng)局域數(shù)字化控制能力，并通過與網絡進行數(shù)據(jù)和信息的傳輸，實現(xiàn)電廠整體控制的目的，增加電廠整體管理作用。

（5）將現(xiàn)場總線技術運用到控制系統(tǒng)中，將充分提高燃氣輪機系統(tǒng)的使用效率，同時也能實現(xiàn)不同設備和結構的安裝，通過這樣的方式，能夠實現(xiàn)多種系統(tǒng)和運行方式的融合。

下面通過實際案例，對現(xiàn)場總線技術進行分析，并為更多的電廠建設提供參考價值。在某燃氣電廠建設過程中，使用一體化控制系統(tǒng)，并將現(xiàn)場總線技術作為核心基礎，將多個生產設備組織在控制網絡中。在這個控制網絡系統(tǒng)中，主要通過操作和監(jiān)控系統(tǒng)形成聯(lián)系，并完成電廠的生產和運行。然后在不同設備間，實現(xiàn)不同系統(tǒng)的相互融合，從而利用現(xiàn)場總線技術，不僅將多種生產設備納入統(tǒng)一的控制網絡中，同時也能對電廠的生產起到積極的作用。

4 影響現(xiàn)場總線技術推廣應用的因素

4.1 統(tǒng)一總線標準困難

在我國目前總線技術發(fā)展過程中，根據(jù)電廠建設實際情況，將設備和生產技術進行比較和分析，對總線技術的標準制定產生諸多阻礙。同時，根據(jù)國際現(xiàn)場總線制定標準，無法將現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術融入其中。所以在進行現(xiàn)場總線推廣過程中，由于不具備統(tǒng)一的總線制定標準，使許多生產方式和設備都無法進行整體的控制。

4.2 實時數(shù)據(jù)的管理和分析缺少有效利用

通過已有的電廠現(xiàn)場總線技術應用發(fā)現(xiàn)，由于信息和數(shù)據(jù)不斷的增加，造成系統(tǒng)管理和控制的壓力不斷提升。這樣對實時數(shù)據(jù)進行管理和分析時，沒有利用此數(shù)字化優(yōu)勢，實現(xiàn)電廠整體控制系統(tǒng)的融合，進而阻礙電廠的發(fā)展。另外，在應用現(xiàn)場總線技術時，對系統(tǒng)的管理和控制也無法進行有效的監(jiān)管，出現(xiàn)的許多問題得不到及時的解決。

4.3 快速性與安全性需進一步驗證

根據(jù)現(xiàn)場總線具有的特點和優(yōu)勢，在電廠實際應用中能夠獲得理想的效果。但是通過對實際效果進行分析時發(fā)現(xiàn)，由于在對電廠控制和管理系統(tǒng)進行操作時，數(shù)據(jù)和信息發(fā)生傳輸和收集過程中，需要較高能力的控制回路作為基礎，這樣就使整體運行效果受到了影響。另外，控制回路的能力和處理數(shù)據(jù)的時間，都會隨著數(shù)據(jù)和信息量的增加而產生巨大的壓力，所以就無法實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術具有的快速性和安全性。根據(jù)出現(xiàn)的問題，需要技術人員進行不斷的研究和分析，并為具體的效果進行驗證，從而確?？刂葡到y(tǒng)整體運行效果。

4.4 現(xiàn)場總線型設備的選擇范圍相對較小

在進行現(xiàn)場的總線操作時，應當在發(fā)電廠的主系統(tǒng)中將其廣泛應用，與此同時，還需要相關保護系統(tǒng)以及較高程度的控制有準確保證，同時還要對相關控制回路進行實時性的高控制，在此時并不適用現(xiàn)場總線技術。而機組的安全運行以及主要輔機保護，都會對現(xiàn)場總線的納入產生一定的影響。在進行電廠正常施工時，會對兩類現(xiàn)場總線進行采用。通過實驗證明，兩類總線都可以對電廠正常施工有所滿足，但是對電廠周期也有所要求。在實際應用過程中，應該按照常規(guī)以及實際情況進行總線應用的選擇，與此同時，還要保證總線的應用能夠對其他過程控制要求有所滿足。另外，控制回路的能力和處理數(shù)據(jù)的時間，都會隨著數(shù)據(jù)和信息量的增加而產生巨大的壓力，所以就無法實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術具有的快速性和安全性。根據(jù)出現(xiàn)的問題，需要技術人員進行不斷的研究和分析，并為具體的效果進行驗證，從而確保控制系統(tǒng)整體運行的效果。

5 就本文現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)進行相關配置方案的提出

在電廠建設過程中，需要不斷進行系統(tǒng)方案的配置和計劃。由于我國目前的現(xiàn)場總線技術處在不斷研究過程中，需要電廠按照《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》規(guī)定，同時確保不同系統(tǒng)能夠相互融合，并最終確定電廠控制系統(tǒng)的運行方式。

5.1 機組主控系統(tǒng)

在電廠控制系統(tǒng)中，需要對機組主控系統(tǒng)進行合理的配置，并確保整體運行具有穩(wěn)定的效果。在機組主控系統(tǒng)中，需要對主機和輔助方式合理的配置，同時在現(xiàn)場總線控制中，需要加入多種控制系統(tǒng)的使用，并主要圍繞以下幾種系統(tǒng)進行配置：（1）鍋爐安全監(jiān)視系統(tǒng)；（2）汽機數(shù)字電液控制系統(tǒng)；（3）汽輪機緊急跳閘系統(tǒng)；（4）旁路控制系統(tǒng)；（5）事故順序記錄。按照DCS 系統(tǒng)控制方式，能夠將多種利于電廠建設的設備進行配置，同時也要注意不同設備間的控制效果。在電廠控制系統(tǒng)配置中，將現(xiàn)場總線與電廠系統(tǒng)進行聯(lián)系，使控制和操作系統(tǒng)操作更加方便快捷。特別是在聯(lián)動保護設備中，增加多種防護措施，能夠為電廠操作系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化起到關鍵的作用。在不同設備相互產生作用的同時，需要更多的智能操作方式進行融合，并將整體運行效果不斷增加。

5.2 全廠輔助車間控制系統(tǒng)

在電廠控制系統(tǒng)中，由于全廠輔助車間控制系統(tǒng)需要不斷地完善和優(yōu)化，需要整體具備較高的安全性能，并根據(jù)運行時間的長短，確保在每個系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)中，將多種輔助措施運用到控制系統(tǒng)中，從而使PLC 技術能夠發(fā)揮自身的優(yōu)勢。

6 結語

綜上所述，在目前電廠建設過程中，利用現(xiàn)場總線技術的特點和優(yōu)勢，能夠使燃機電廠獲得更多的效果。找出相應的影響因素和管理措施，這樣一來，增加了現(xiàn)場總線的使用效果。在今后的電廠建設發(fā)展中，將現(xiàn)場總線具有的特點和優(yōu)勢能夠創(chuàng)造更大的發(fā)展空間。