試論現場總線技術在火電廠的應用及前景

（河南省電力勘測設計院，河南 鄭州 450000）

試論現場總線技術在火電廠的應用及前景

王剛建

（河南省電力勘測設計院，河南 鄭州 450000）

本文主要從控制系統功能及其物理分散和數字化電廠兩個方面對現場總線技術在火電廠中的實際應用進行簡要的分析；結合我們在實踐中總結的經驗，針對當前的現狀，客觀的提出國內火電廠在應用現場總線技術的實際使用范圍和具體設計原則，并以此幫助我國總線技術的進一步發展。

現場總線技術；實際應用；范圍；分析

隨著信息科學技術的不斷發展，發電企業與信息化之間的聯系也越來越緊密，在這種情況下，火電廠的網絡信息化水平對其工作效率的影響也越來越大了。其中，火電廠數字化的廣度和深度對其信息化的水平起到了決定性的影響。結合實踐經驗，我們可以將火電廠的控制和管理具體分為3級SIS（管理級）、MIS（車間級）以及DCS（車間級）；隨著整個火電廠控制系統的飛速發展，傳統的DCS系統由于其控制是單向的，也就是說，它僅僅能夠從現場設備中獲取到用于控制的信息，而無法搜集到同樣重要的維護診斷信息。現場總線技術的出現在客觀上舊極大的豐富了現場狀態信息，這也使得對遠程參數的校正及調整成為了現實，此外，它也為控制系統與設備之間的通訊提供了可操作的平臺，換句話來說，它使得電廠數字化管理可以從現場設備及開始。

隨著火電廠的各個方面都有了很大的進步，火電廠設計方案中關于如何有效降低工程造價的方法也成為了重中之重。對于工作人員來說，控制系統的物理分散和功能分散成為了降低工程造價最重要的環節。并且，由于DCS控制器起到的作用越來越大，并且，傳統DCS在實現降低造價方面做得還不夠理想，這就從側面反映出了物理分散功能的重要性了。從DCS電源柜的分散布置、遠程控制站到智能采集前端的合理使用，乃至最后對于集控樓電子設備分散布置的取消，這一系列措施都能夠在很大的程度上減少對安裝材料的依賴。但是，如果控制系統沒有進行根本的改革，而僅僅是優化主廠房的布置，要想實現安裝材料的用量就非常的困難。

一、現場總線技術的特點

“安裝在制造過程區域的控制室內的自動控制裝置間的數字式與現場裝置的數據總線”這是國際電工委員會就現場總線技術的相關特點做出的定義解析。

從上面的定義解釋中，我們可以看出，要想實際達到開放和互相操作的目的，其不可缺少的條件就是現場總線以及基礎的智能現場設備。

二、現場總線技術在國外電廠的成功應用經驗

在歐美的一些發達國家，經過多年的試驗和實踐現在現場總線技術已經能從一些非常小的范圍運用到現在的電廠改造等大規模下的實際運用，取得了非常可觀的成績，成功的案例也非常多，例如：美國Xcel能源集團的Omaha公用事業的Nebras-ka機組等。

1確定是否采用現場總線的因素

（1）回路速度必須科學的控制，如果對于控制回路速度的要求很快，已經超出了控制范圍，在這種情況下就應該停止現場總線的使用。

（2）現場總線的運用中盡量避免與安全關系聯系比較緊密的設備和信號。

（3）可以獲得的智能現場設備。

2現場總線協議因素的確定

（1）智能現場設備在其中起到了決定性作用。

（2）在沒有特殊情況下，應該盡量避免不同現場總線協議之間的轉換。

（3）能夠獲得更多的設備診斷信息。

（4）客觀上來說，還能夠獲得更多的設備診斷信息。

3現場總線技術對控制邏輯的影響

（1）如果Profibus與MCC之間的連接通訊消失時，就應該考慮其他邏輯。

（2）如果現場的設備不能夠實現與控制器之間正常交流，就應該設置其他邏輯以手動切除控制回路的控制。

4電廠工程進度與現場總線設計之間的協調

（1）現場總線設計中分量最重的一個環節應該就算是現場總線網段設計，其原因在于網段設計完成必須是要以現場設備具體位置的確定。

（2）DCS的邏輯和畫面設計可以在網段設計完成前進行，但是必須是基于數據庫信息建立完畢過后。

5滿足FF總線協議的智能設備是否可以采用現場控制

通過實踐我們可以看出，這種假設是能夠實現的，主要有以下幾個原因體現：

（1）調節閥在一般情況下都比較復雜，在現場設備中集成的可能性非常的小。

（2）為了能夠保證現場設備能夠正常的運作，所有與控制相關的過程點都應該保證在同一個網段上，但是這在現實的實踐中是很難實現的。其根本原因在于總線標是FF。

（3）如果要實際運用現場控制，那么就必須將引入1套與所用控制系統的不同算法到控制系統中去。

（4）除了上面提到的三種情況之外，其他情況一般不會運用到現場控制，換句話說，能夠對于電廠性能發揮實質性用處的也就只有上述提到的三種情況。

三、現場總線技術在國內的運用

現場總線技術在國內大量機組火電廠輔助車間已經有了一些非常成功的應用經驗。

1總線技術在過火電廠采用的局限性

結合實踐經驗來看，眼下國內主要職能現場設備的情況主要有以下幾個方面：

（1）智能變送器。國內主要的智能變送器生產商有Emerson和Honeywell。與進口的智能變送器一樣，他們也都是支持現場總線協議的要求。

（2）智能分析儀表。不管是否帶有現場總線協議，除氧量分析儀以外，其他基本都來自于進口。

（3）溫度測量儀器。國產的溫度測量儀器有一個非常明顯的特點，那就是都沒有自帶溫度變送器，并且實際使用中的習慣也沒有使用溫度變送器的習慣。這一點，在溫度測量元件中的表現更加明顯。就目前的發展形勢來看，這種現狀要在段時間內有所改變是基本不可能的，從另一方面來說，在溫度測量部分要實際應用現場總線的難度就非常大。

（4）氣動執行機構。就目前的實際情況來看，基本上只有進口產品，才支持現場總線的調節型氣動執行機構。

（5）就目前的實際情況來看，國產電動執行機構基本上都與現場總線協議不兼容。

通過這幾點，我們可以看到，就眼下發展的實際情況來看，如果要將現場總線技術廣泛的運用，那么就必須依賴大量的進口智能現場設備和相關經驗技術；這是由于我國由于客觀因素的限定，關于現場總線設計的一些經驗和技術相對都比較落后，還不具備獨立應付的能力。

2國內火電廠應用的實際方案

從前文的解析我們可以看到，當前火電廠的控制系統應該是FCS和DCS之間的無縫連接，就以智能現場設備在國內的使用狀況來看，它更多的是出現在設計環節，因為，這樣才能夠更加有效的降低工程造價，此外，對于電廠管理效率的提升也有很大的促進作用。

結合眼下實踐經驗來看，我國火電廠應用現場總線技術的方案主要包括以下幾個方面：

（1）通過傳統的DCS來控制對機組運行安全有影響的系統，對于與之有一點聯系的變送器可以采用Hart協議的變送器來控制；此外，對于電動、氣動執行機構則可以通過智能型現場總線產品來控制。

（2）對于機組運行安全影響不大的氣動執行機構，在一般情況下都采用現場總線協議智能變送器來控制，電動執行機構則采用支持現場總線的進口有智能電動執行機構。

（3）除去對機組安全系統影響比較大的變送器應該采用Hart協議的變送器外，在沒有特殊情況下，其他單元組的變送器也都基本上使用的是現場總線協議智能變送器。

（4）根據實際布置情況的差異，單元機組的電磁閥也能夠科學的使用傳統的接線方式接入DCS，進而也具備了支持現場總線協議的能力。

（5）火電廠的其他輔助車間在沒有特殊情況下，一般都可以運用現場總線技術。

3現場總線技術的實際應用范圍

（1）爐前油系統、鍋爐的制粉系統、暖風器系統、氣動系統、壓縮空氣系統、吹灰系統以及煙風系統等。

（2）汽機的抽汽系統、凝結水系統、除氧給水系統、汽機本體輸水系統、壓縮空氣系統、高低加疏水系統以及主汽系統等。

（3）發電機的水系統、氫系統以及油系統。

（4）與之相關的所有輔助車間。

結語

就我國的實際運用來看，現場總線技術實際運用到火電廠中，還處在初級的摸索階段，存在很多的問題和局限性。但是，因為現場總線技術能夠很好的降低工程造價，單就這一點來說，現場總線技術在國內火電廠大規模運用應該說是必然的結果。隨著技術和經驗的不斷積累，現場總線技術的技術勢必會在國內電廠中有更加廣泛的運用。

[1]赫飛，周現生.現場總線技術在火電廠控制系統的應用與設計[D].遼寧工程技術大學，2012.

[2]李子連，張明超.現場總線技術在火電廠自動化系統的應用意見[J].中國電力，2013（103）：152-156.

[3]李子連.現場總線技術在火電廠的應用[J].中國儀器儀表，2013（105）：11-125.

[4]符志強.淺談現場總線技術在火電廠的應用前景[J].科技創新與應用，2014（22）：148-149.

[5]姚遠.現場總線技術在神華羅源灣港電項目中的研究與實現[D].蘭州理工大學，2014（102）：39-91.

[6]黃平森，黃真妍.現場總線技術在火電廠自動化領域的應用探討[A].廣西電機工程學會第七屆青年學術交流會論文集[C]，廣西電機工程學會，2012（105）：39-93.

[7]畢建惠，王芙蓉.現場總線技術在火電廠機組控制中的應用分析[J].中國電力，2013（104）：29-113.

TM621

A