現場總線技術與水電自動化

摘 要：在水電自動化中應用現場總線技術，能夠真正全分散、全分布監控系統，將水電站自動化中所存在的問題進行徹底解決，促進水電計算機監控系統能夠變得更加先進。文章首先闡述了現場總線的優點及水電廠自動化系統現狀，其次，就現場總線技術在水電自動化中的應用進行了深入的探討，具有一定的參考價值。

關鍵詞：現場總線技術；水電自動化；控制系統

前言

現場總線技術最早是出現在化學工業、石油工業中，而后再開始逐步傳播到其他工業。現場總線技術具有軟件技術、微處理器技術、網絡技術等多專業的特點，能夠解決設備與更上一級控制系統之間的通訊，以及設備與設備之間的通訊，還能夠實現設備之間的智能化。工業傳統采用的分散式控制系統能夠被現場總線控制系統所代替。在水電自動化中應用現場總線技術，能夠真正全分散、全分布監控系統，將水電站自動化中所存在的問題進行徹底解決，促進水電計算機監控系統能夠變得更加先進。

1 現場總線的優點

1.1 提高了系統的可靠性和準確性

由于現場總線設備具有數字化、智能化的特點，能夠使得控制與測量的準確度能夠在根本上得以提高；同時，由于系統結構簡單化，有效地降低了信號的往返運輸量，加強了現場儀表內部功能，減少了連線與設備，大大地提高了系統的可靠性。

1.2 高度分散性

智能現場設備可以在現場設備中置入各輸入輸出模塊、控制模塊，并且現場設備也具有較強的通信功能，現場執行機構能夠與測量變換儀表一起對信號進行直接傳送。所以，控制系統功能能夠在現場直接完成，可以完全不依賴控制室的控制儀表或者計算機，從而分散控制能夠徹底實現。

1.3 節省安裝費用與投資

由于智能設備可對許多功能進行直接執行，且分散在現場，能夠使得DCS中的功能單元和變送器的數量減少，使得硬件投資能夠得到較大程度的節約。另外，由于現場總線系統的接線較為簡便，只需要一條電纜，或者一對雙絞線即可將多個設備進行掛接，大大降低了接頭校對和連線設計的工作量，使得安裝費用也得以降低。

1.4 互操作性和開放性

互操作性包括兩層含義，分別是可互操作性和可互換性，可互操作性是指能夠在多廠家的環境中完成設備功能的測試，也能夠讓不同廠家設備相互通訊；可互換性是指同一功能的同類設備能夠與不同廠家的設備在功能上進行互換。

2 水電廠自動化系統現狀

2.1 集中式監控系統

集中式監控系統目前仍然還在一些機組臺數較少的中型水電廠和小型水電廠中應用，系統功能過于集中是其缺點，節省投資是其優點，若某個單功能計算機出現故障，那么整個集中式監控系統就會出現癱瘓。

2.2 分散式監控系統

分散式監控系統的主要特征就是功能分散，雖然比集中式監控系統更先進點，但是仍然沒有對系統功能過于集中進行根本性解決。若某個單功能計算機出現故障，那么整個集中式監控系統就會出現癱瘓。

2.3 集散式監控系統DCS（分布式監控系統）

控制對象分散是分布式監控系統的主要特征，就水電廠而言，閘門、開關站、水輪發電機組等為主要的控制對象，集散式監控系統DCS（分布式監控系統）有效地將分散式監控系統的缺點進行克服。集散式監控系統DCS（分布式監控系統）目前正在應用在國內的大中型水電廠中。

3 現場總線技術在水電自動化中的應用

3.1 現場總線在變電站中應用的合理性

目前我國已經有多種變電站綜合自動化模式，無論是分布式模式，還是集中式模式，效果都較好。基于通訊方式和網絡及而言，可分為并口、串口通訊方式和局域網，但是值得注意的是，這兩種方式都存在著一定的不足。若采用串口及并口通訊方式，存在著適時性差、可靠性低、誤碼率高、傳輸速率低等問題，同時也存在著一定的電磁干擾；若采用局域網，存在著變電站信息較少、電磁干擾嚴重的問題，雖然其傳輸速率高，但問題依然較為嚴重。而變電站如采用現場總線，則效果較佳。一方面，目前已經智能化變電站的各電量儀表，完全能夠滿足現場總線和數字通訊的要求；另外一方面，通過現場總線技術，能夠節省大量的抗干擾投資和二次電纜投資，可以較方便地來組成各類適時局域網。由此可見，現場總線在變電站中應用效果較佳，能夠真正地實現分布式開放型監控系統。

3.2 現場總線在泄洪閘門監控中應用的可行性

絕大多數大型水電站的泄洪閘門都會設置相應的LCU來進行監控。大壩泄洪門的特點是距離長、數量多，若采用現場總線控制系統，能夠實現分布智能化控制，也能夠對通信電纜予以簡化。閘門過載保護和開度指標儀是最重要的閘門控制自動化儀表，目前該類儀表都已經全部實現數字化，可以對現場總線的要求進行適應，能夠實現現場總線控制系統和智能化控制。

3.3 現場總線在輔機中的應用討論

調速器和勵磁都能夠較好地實現現場總線的控制。從目前來看，調速器和勵磁已經具備適應現場總線和數字化通信的要求，這是由于調速器和勵磁基本已經完全實現微機智能化，目前水電廠很多輔機自動化元件及儀表的核心部件都是CPU，很容易實現數字化通信和智能化通信。由此可見，現場總線監控系統應用到輔機中是切實可行的。

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