火電廠DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表無線通訊

劉帥

摘要 電力是我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎，而火力發(fā)電是我國的主要發(fā)電方式。目前，絕大部分火電廠使用DCS控制系統(tǒng)，在控制過程中通過電纜與現(xiàn)場儀表連接，實現(xiàn)各類信號的傳輸。雖然在使用過程中比較穩(wěn)定，但也存在一些缺點，如：電纜敷設需要花費大量的人力、財力;對于一些老廠，電纜長時間使用后出現(xiàn)絕緣不合格或銅線氧化等問題，造成設備誤動或信號傳輸錯誤。隨著無線通訊技術(shù)、計算機技術(shù)的日益發(fā)展，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊將應用而生，解決有線通訊存在的一些缺陷，更好的保證發(fā)電機組安全、穩(wěn)定運行。本文通過有線通訊系統(tǒng)在實際使用的缺陷和事故案例，突出無線通訊的諸多優(yōu)點;同時提出了實現(xiàn)無線通訊的方案。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場儀表;無線通訊;DCS系統(tǒng)

0.引言

DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表實現(xiàn)無線通訊，可以完全避免因為電纜故障發(fā)生的各類事故。在實現(xiàn)無線通訊過程中，現(xiàn)場儀表的選擇、無線通訊協(xié)議的選擇、DCS系統(tǒng)無線I/0模塊將成為關(guān)鍵。

1.DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表無線通訊與有線通訊的對比

下面結(jié)合在日常工作經(jīng)驗和一些實際案例，列舉出有線通訊存在的問題。這些問題通過無線通訊的實現(xiàn)將全部解決。

1.1 有線通訊費用高工期長

有線通訊在電廠建設時期，需要花費大筆費用采購電纜，耗費大量人工進行電纜橋架安裝、電纜溝開挖、電纜敷設、現(xiàn)場儀表接線、DCS端子板接線等工作。電纜敷設完成后，需要進行各部位的防火封堵，作為重點防火部位進行管理。在后期的使用過程中，如果電纜損壞，故障點又無法查找，通常需要敷設新電纜，工作量非常大。

1.2有線通訊易發(fā)生信號干擾

有線傳輸?shù)倪^程中，現(xiàn)場儀表與DCS系統(tǒng)之間通過4-20ma、1-5V、1-10V等標準電信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和指令的發(fā)送，這些信號在傳輸過程中容易受到干擾，在使用過程中需要采取一系列的抗干擾措施。在實際使用中，一些大功率的電氣設備啟動時，周圍的壓力變送器送回到DCS信號會有小幅度波動。在電纜敷設過程中，如果信號電纜與電源線敷設在一起，也會引起一定的干擾。

1.3 高溫環(huán)境對電纜的影響

火電廠中，一些設備周圍溫度較高，如：汽輪機、汽包、蒸汽管道等地方。這些設備周圍一般會安裝一些遠傳的測量儀表，這些儀表必須要用電纜連接到DCS系統(tǒng)。電纜在這些高溫環(huán)境下工作，時間久了容易出現(xiàn)絕緣破損情況，使電纜芯之間短路或接地，造成信號誤報。嚴重可能導致機組停運。在工作過程中，曾今由于汽輪機正、反推力瓦溫度傳輸電纜在高溫環(huán)境中使用時間較長，絕緣破損使汽輪機保護動作，發(fā)生機組停用的事故。

2. DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表無線通訊的實現(xiàn)方案

本方案可簡單概括為兩個節(jié)點的通訊：首先，DCS控制系統(tǒng)與無線I/0模塊通過電纜連接實現(xiàn)通訊;其次，無線I/0模塊與現(xiàn)場儀表進行無線通訊。通過以上兩步實現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊。

2.1 無線I/0模塊

DCS控制系統(tǒng)位于熱控電子間內(nèi)，一方面與現(xiàn)場儀表距離較遠，另一方面電子間多采用混凝土建設而且封閉嚴密，這兩方面都會造成無線信號傳輸困難。因此，本方案將無線I/0模塊放置于現(xiàn)場設備附近，作為現(xiàn)場儀表與DCS控制系統(tǒng)連接的橋梁。

2.1.1無線I/0模塊設置要求

火電廠儀表較多，安裝位置比較分散。無線I/0模塊設置時，可以按設備進行分別設置。本方案共設置5組無線I/0模塊，分別為1#汽輪機無線I/0模塊、1#鍋爐無線I/0模塊、公共系統(tǒng)無線I/0模塊、2#汽輪機無線I/0模塊、2#鍋爐無線I/0模塊，每組模塊放置于對應設備附近，與相應設備的儀表進行通訊。

2.1.2無線I/0模塊與DCS的通訊

本方案的無線通訊并不是一根電纜都不用，而是將傳統(tǒng)有線通訊的成千上萬根電纜減少到幾十根。每組I/0模塊采用冗余配置，兩個I/0模塊一個為主控，另一個為副控，并且同時運行，當主控出現(xiàn)故障時，副控自動切為主控。每個I/0模塊有兩根電纜同時與DCS系統(tǒng)通訊，其中一根故障時不會影響通訊，為了更好的保證通訊的可靠性，兩個通訊電纜的敷設路徑不能相同。

2.2現(xiàn)場儀表

為了實現(xiàn)DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊，現(xiàn)場儀表必須滿足三個條件：1.現(xiàn)場儀表具有無線通訊功能;2.現(xiàn)場儀表自帶蓄電池供電功能;3.現(xiàn)場儀表與DCS系統(tǒng)無線I/0模塊有相同的通訊協(xié)議。其中通訊協(xié)議是核心。

2.2.1通訊協(xié)議的選擇

目前，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊并沒有被各方都認可的通訊協(xié)議。此次方案采用無線HART協(xié)議，這種通信標準極大地擴展了無線技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應用，把無線技術(shù)與現(xiàn)場工業(yè)自動化生產(chǎn)結(jié)合起來，可以在不更換原有儀表的基礎上，通過增加HART通信實現(xiàn)無線通訊。

2.2.2無線I/0模塊與現(xiàn)場儀表的通訊

現(xiàn)場儀表采用自帶鋰電池供電，分別設置儀表的通訊地址，并且不能重復。無線I/0模塊與儀表通過地址進行無線通訊，地址的設置也可以區(qū)分現(xiàn)場儀表的測點位置和名稱。

3結(jié)束語

本文由DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表有線通訊的弊端引出了無線通訊，并提出了一個無線通訊的實施方案。目前，由于鋰電池的巡航能力較短，通訊協(xié)議無法統(tǒng)一等問題，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊還未廣泛應用，隨著科學技術(shù)的進步，這些問題都將解決。在不久的將來，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊不僅會實現(xiàn)，而且其性能肯定會遠遠超出我們的預期。