現場總線在數字化電廠中的應用

李艾宸

摘 要：現場總線技術是一種全開放、全數字、全分散的新型控制技術。該文介紹了現場總線控制技術的特點和現場總線在數字化電廠中的應用，并結合我國燃氣電廠實際應用提出了相應的建議，希望能對相關人員有所借鑒意義。

關鍵詞：現場總線 數字化 電廠 應用

中圖分類號：TM731 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0001-01

數字化電廠的建設由于其無可比擬的優勢越來越得到廣泛的重視，通過建設數字化電廠可以提高電廠生產安全可靠性，可以有效的降低運營成本。數字化電廠的構成框架主要包括現場設備層、直接控制層、管控一體化層和管理決策層四個組成部分的數字化。隨著現代科技的發展，直接控制層、管控一體化層和管理決策層的數字化都得到了較快的發展。而現場設備層仍處在通過將一對一的模擬量或者開關量上傳至DCS各子系統的階段，解決現場設備層的數字化的主要手段是采用現場總線技術，通過在電廠應用現場總線技術，使得數字化電廠的發展得到促進。

1 現場總線控制系統概念及優勢

現場總線控制系統簡稱為FCS，是通過現場總線將現場智能設備連接的控制系統。現場總線是通過數字式、串行、雙向、多點通信的數據總線將現場裝置與放置在控制室內的自動控制裝置進行連接。與DCS相比，FCS的優點有以下幾方面。

（1）開放性。通過采用公開化、標準化、全分布式的結構，而不是采用專用的通信網絡局限，若現場需要增加現場總線的設備，可以在現有的現場總線網段上就近連接。

（2）互操作性。對于需要接入現場總線系統的產品，只要符合相應的標準和規范，在經過驗證測試后就可以接入現場總線系統。

（3）通信全數字化。通過全數字化的通信，使得現場信息量大大增加，同時抗干擾能力得到大大提高，可以有效減少傳輸過程中的誤差，提高系統運行的可靠性。

（4）現場設備智能化。在現場總線設備可以同時實現傳感測量、補償計算等多項功能，縮短了控制周期。

（5）可靠性高、維護性好。由于現場總線的特點和運行實踐證明，現場總線技術的可靠性高，維護性好。

（6）系統及工程成本降低。通過一根網絡電纜既可以實現原來大量電纜可以實現的功能，極大地降低了系統及工程的投入成本。

2 現場總線技術在燃機控制中的應用

現場總線技術將大量的現場設備信息以數字化狀態信號的形式傳輸到集控室，實現了現場設備的數字化和網絡化，可以及時掌握來自基層控制級的信息。通過現場總線技術使得“設備故障檢修”改變為“設備狀態維護”，同時由此產生的大量現場實時信息為管理決策提供了基礎和依據。現場總線技術隨著燃氣電廠的快速發展而被應用到燃氣輪機控制中，它的優點主要體現在以下幾方面。

（1）現場總線技術在燃氣電廠的應用，使得燃機控制系統結構得到了大大的簡化，使得燃機配套成本得到了有效的降低，結束了燃機控制一機一控的模式。

（2）現場總線技術在燃氣電廠的應用，使得現場設備的自治性得到加強，同時也可以根據燃氣輪機自身設計特點將燃油控制、防喘控制和注汽控制等分別實現，機組運行穩定性增強，機組控制性能得到進一步提高。

（3）現場總線技術在燃氣電廠的應用，增強了數字信號傳輸過程中的抗干擾能力，使得信號的準確性和可靠性得到了顯著提高。

（4）現場總線技術在燃氣電廠的應用使得燃氣輪機控制的全分散、全數字化控制網絡得到了實現，更加有利于進一步實現全廠控制的一體化，避免了燃機控制的信息“孤島”。

（5）現場總線技術在燃氣電廠的應用更加方便了控制系統集成，針對燃氣發電機組，無論功率大小，使用要求和控制規模的大小均可以非常方便的進行硬件和軟件的配置，通過系統集成和調試的方式，方便地得到個性化的解決方案。

某燃氣電站使用GE公司的MARKVI一體化控制系統，該控制系統可帶現場總線和遠程I/0，同時可將燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機和全廠BOP控制集成在統一的網絡結構內，該系統可以完成動力裝置及全廠輔助系統的全部控制、保護和監控任務，各設備的控制軟件和監控操作軟件HMI可在同一個組態軟件平臺下開發，對于特定控制功能的執行周期已經達到l0 ms的實時性量級。江蘇中航動力控制有限公司采用PROFIBUS現場總線技術的燃機控制系統也已成功地應用于LM SOOOST IG燃機發電機組燃機及余熱鍋爐的工程實踐。

3 影響現場總線技術推廣應用的因素

3.1 統一總線標準困難

現場總線國際標準方面沒有統一的總線標準，在實際應用過程中發現國際標準的種類繁多，但任何一種標準都無法覆蓋所有的應用面。同時現場不同的總線產品互相連接比較困難，由于通信協議也存在很大差異，使得FCS的開放性、分散性和可互操作性等特點得不到充分體現。

3.2 實時數據的管理和分析沒有有效利用

從已經使用現場總線的電廠來看，現場總線的實時數據的管理和分析并沒有得到有效的利用。現場總線技術解決了現場設備的數字化問題，但由于各個電廠的實際管理軟件的功能仍在進一步健全，廠級SIS和MIS中的優化控制、狀態診斷等功能還需要進一步完善充實，這就使得遠程診斷功能和管理自動化并沒有一起被納入監控系統。

3.3 快速性與安全性需進一步驗證

現場總線技術在電廠應用的快速性和安全性還需進一步驗證，在實際應用中，由于電廠對控制回路要求高、對安全性和穩定性要求高，而PROFIBUS總線和FF總線可以滿足機組控制對一般輸入、輸出信號處理的實時性的要求，但無法滿足快速處理回路的時間要求。同時現場的技術人員對現場總線技術還需要進一步的熟悉和掌握，對于為安全或快速響應而設置的開關量信號，還必須考慮采用常規DCS的I/0模件來處理。

3.4 現場總線型設備的遠擇范圍相對較小

由于現場總線技術的設備應用時間不長，還沒有形成統一的準入機制和設備規范，使得相關的設備質量參差不齊，同時相關成熟設備較少，使得在進行設備選型時選擇范圍較小，無法達到選擇最優設備的目的。

4 結語

該文介紹了現場總線控制系統概念及優勢、現場總線技術在燃機控制中的應用、影響現場總線技術推廣應用的因素，論述了現場總線技術在燃機控制中的應用，希望能有一定的借鑒意義和參考價值。

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