智能儀表在電廠中的應(yīng)用

黃 敏,張存光（國核示范電站有限責(zé)任公司,山東 榮成 264312）

智能儀表在電廠中的應(yīng)用

黃 敏,張存光
（國核示范電站有限責(zé)任公司,山東 榮成 264312）

智能儀表融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，大大提高了測量的精度和可靠性，降低了維護(hù)工作的難度，更帶來了控制和維護(hù)工作的本質(zhì)改變，在電廠中得到了越來越多的應(yīng)用。但同時(shí)也存在著標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、系統(tǒng)部兼容、人員需培訓(xùn)等問題。隨著控制系統(tǒng)數(shù)字化、電廠儀表智能化的大趨勢，智能儀表必將得到更廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

智能儀表；電廠；維護(hù)；協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

1 智能儀表概述

隨著新型傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等在測量領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，常規(guī)功能的測量儀表與微處理器相結(jié)合并賦予智能而成為智能儀表，具有了信息監(jiān)測和信息處理功能。與傳統(tǒng)儀表相比，智能儀表在精度、重復(fù)性、可靠性、量程比等方面，技術(shù)指標(biāo)高，且便于調(diào)校，功能強(qiáng)大可靠，特別是智能儀表的通信能力，為自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 電廠熱工測量介紹

電廠是一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較復(fù)雜的場所，其熱工儀表具有種類多、規(guī)模大、易損壞等特點(diǎn)，給儀表維護(hù)人員的工作帶來很大困難。

電廠的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要求對多種變量進(jìn)行測量，最常見的包括溫度、壓力、流量、液位等變量。所用到熱工儀表有以下幾類：傳感器，包括熱電阻、熱電偶、壓力傳感器、液位計(jì)等；變送器，包括壓力變送器、差壓變送器、液位變送器、溫度變送器等；就地顯示儀表，包括壓力表、溫度計(jì)、智能數(shù)顯儀等；輔助儀表，包括壓力校驗(yàn)儀、熱工信號(hào)校驗(yàn)儀、流量計(jì)算儀、壓力校驗(yàn)裝置、溫度校驗(yàn)裝置等。另外，廣義上的儀表也包括了閥門、電機(jī)等設(shè)備的定位、控制機(jī)構(gòu)。

電廠熱工測量規(guī)模比較大，以裝機(jī)容量30萬千瓦的火電機(jī)組為例，其儀表控制系統(tǒng)約有7000個(gè)IO點(diǎn)，60萬千瓦的火電機(jī)組則有上萬個(gè)IO點(diǎn)。

電廠熱工儀表所處的環(huán)境一般比較惡劣，具有高溫、高濕度、高振動(dòng)、灰塵量大等特點(diǎn)，這些都是比較典型 的環(huán)境因素。熱工測量儀表長時(shí)間處于這樣的環(huán)境中運(yùn)行，不可避免地會(huì)受到影響，長此以往，儀表便會(huì)出現(xiàn)各種故障問題，如線纜老化、絕緣損壞等。

以溫度測量儀表為例，熱電阻常見的故障包括電阻值偏低、偏高及示值不穩(wěn)定，主要原因有內(nèi)部短路、接線端子接觸不良、絕緣降低等。熱電偶的故障問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是熱電動(dòng)勢小于實(shí)際值。原因可能是熱電偶內(nèi)部存在漏電、接線柱短路、內(nèi)部受潮、補(bǔ)償導(dǎo)線短路、測量端損壞等；二是熱動(dòng)勢大于實(shí)際值。原因可能有補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶種類不符、插入深度不足、接線松動(dòng)等；三是儀表顯示值不穩(wěn)定。原因可能為熱電偶接地短路、熱電偶擺動(dòng)、安裝不牢靠、接線柱接觸不良等。這些故障常見的排除方法一般是緊固接線端子、清洗烘干、更換線纜元件等。

另外，熱工儀表一般需要進(jìn)行定期維護(hù)，例如熱電阻需要每周進(jìn)行一次外部清潔工作，每12個(gè)月需要使用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑熱電阻溫度計(jì)進(jìn)行一次校準(zhǔn)。

3 智能儀表在電廠應(yīng)用分析

根據(jù)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)證明，65%的現(xiàn)場儀表維護(hù)工作都是不必要的，因?yàn)闄z查完才發(fā)現(xiàn)問題的出現(xiàn)是由于其他設(shè)備或過程本身的原因，而非儀表的故障；75%從現(xiàn)場拆下來檢修的控制閥門最后發(fā)現(xiàn)并不需要拆下來；儀表技術(shù)員50%的工作時(shí)間花在了文案書面工作上。

智能儀表具有數(shù)據(jù)處理和通信功能，維護(hù)人員可以通過智能設(shè)備管理系統(tǒng)，對智能儀表、智能閥門定位器等進(jìn)行在線組態(tài)、調(diào)整、校驗(yàn)管理、診斷及數(shù)據(jù)庫事件記錄，在線獲得儀表和閥門的過程信息和診斷信息，同時(shí)自動(dòng)對所有設(shè)備的維護(hù)信息進(jìn)行歸檔，優(yōu)化了過程儀表和閥門的維護(hù)工作，從而為智能設(shè)備預(yù)防性維護(hù)、預(yù)測性維護(hù)及前瞻性維護(hù)提供一體化解決方案。

目前主流智能儀表通過其配套的管理軟件能實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）遠(yuǎn)程組態(tài)：智能儀表可用通過遠(yuǎn)程組態(tài)功能改變、存儲(chǔ)、比較和轉(zhuǎn)換設(shè)備組態(tài)，例如在切換或替換設(shè)備時(shí)只需要將組態(tài)數(shù)據(jù)復(fù)制到新的設(shè)備中即可。設(shè)備的組態(tài)記錄可以遠(yuǎn)程查看。操作人員也不必進(jìn)入危險(xiǎn)或惡劣的場所就能對變送器進(jìn)行組態(tài)。

（2）狀態(tài)監(jiān)測及診斷：智能儀表可以對自身狀態(tài)進(jìn)行診斷，并將當(dāng)前狀態(tài)和診斷結(jié)果輸出至遠(yuǎn)程顯示界面。維護(hù)人員可以實(shí)時(shí)便捷地查看設(shè)備狀態(tài)，診斷儀表潛在的故障，實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，降低設(shè)備故障影響生產(chǎn)安全的可能性。

（3）在線校驗(yàn)：智能儀表可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校驗(yàn)，即通過累計(jì)數(shù)據(jù)和長期運(yùn)行曲線，參考同一位置的其他儀表數(shù)據(jù)，得出零點(diǎn)漂移和增益等校驗(yàn)數(shù)據(jù)，不需要將變送器從現(xiàn)場拆下到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)定即可完成儀表的不間斷在線校驗(yàn)，大大縮短了儀表校驗(yàn)時(shí)間，降低了維護(hù)成本。另外，智能儀表可通過軟件進(jìn)行測試方案的定義，設(shè)備校驗(yàn)預(yù)約和設(shè)備校驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理。

（4）數(shù)據(jù)庫文檔自動(dòng)記錄：智能儀表所有相關(guān)的事件和警報(bào)，如：登入信息、組態(tài)記錄、校驗(yàn)信息、診斷信息、維修記錄和報(bào)警信息等都可以輸出至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，生成儀表的設(shè)備趨勢圖，用戶無需再翻閱歷史記錄就可以比較設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的問題，從而找出故障的根本原因。

（5）調(diào)試時(shí)的快速檢查：智能儀表調(diào)試時(shí)，可以快速進(jìn)行接線回路測試以及連鎖回路測試，并提供儀表投運(yùn)狀況報(bào)告，大大減小了調(diào)試工作量，縮短調(diào)試時(shí)間（據(jù)統(tǒng)計(jì)可減小40%到60%的調(diào)試時(shí)間），降低調(diào)試成本。

現(xiàn)在，智能儀表在新設(shè)計(jì)建造的電廠和進(jìn)行技術(shù)改造的老電廠中都得到了廣泛的應(yīng)用，例如羅斯蒙特3051型智能壓力變送器和SKT型智能溫度變送器已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的模擬信號(hào)傳感器。智能儀表目前常見的維護(hù)方式有兩種，一是使用手持智能終端連接到智能儀表的信號(hào)線上，操縱人員就可對儀表的存儲(chǔ)器發(fā)送與接收信息。通過手持終端，操縱人員還可以在現(xiàn)場接線處設(shè)定變儀表的參數(shù)，而且一臺(tái)手持終端又可適用于多臺(tái)智能變送器；二是智能儀表通過通訊的方式直接連接到儀表控制系統(tǒng)，通過開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，智能儀表之間還可以相互通信實(shí)現(xiàn)互操作。這種遠(yuǎn)方通信的方式，大大降低了維護(hù)工作量，可以最大程度地發(fā)揮智能儀表的優(yōu)勢。

但是，智能儀表在電廠中的應(yīng)用還處于比較基礎(chǔ)的起步階段，大部分智能儀表被當(dāng)做普通儀表使用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。限制智能儀表正常應(yīng)用的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）總線協(xié)議不統(tǒng)一：智能儀表依賴于總線完成信息的傳輸，而現(xiàn)在工業(yè)總線協(xié)議很多，例如HART、Mod-Bus、Profi-Bus、CON等都是現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場常用的總線協(xié)議。協(xié)議之間彼此并不兼容，給智能儀表的設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來很大困難。

（2）和控制系統(tǒng)部不兼容：當(dāng)前工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的主流是DCS，但常用的DCS對智能儀表的支持并不好，不能完全發(fā)揮出智能儀表的優(yōu)勢。在未來，工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展到FCS階段時(shí)，智能儀表的功能才能得到充分的應(yīng)用。

（3）人員培訓(xùn)不足：雖然智能儀表的應(yīng)用給維護(hù)人員帶來了很大的便利，但作為一項(xiàng)新的技術(shù)，跟以往的傳統(tǒng)儀表有很大不同，需要對維護(hù)人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)，才能做好智能儀表的維護(hù)工作。

4 總結(jié)展望

隨著我國電廠機(jī)組逐漸向高參數(shù)、大容量的方向發(fā)展，對機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，想要進(jìn)一步確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，必須確保熱工測量準(zhǔn)確、可靠、便于維護(hù)。因此，電廠應(yīng)不斷提高熱工測量的技術(shù)水平，加強(qiáng)熱工儀表維護(hù)管理工作。而這一切，歸根結(jié)底只能通過控制系統(tǒng)數(shù)字化、電廠儀表智能化來實(shí)現(xiàn)。

儀表的智能化，可以大大提高電廠的控制水平，降低故障發(fā)生的概率，減少維護(hù)人員的工作量，是更加安全穩(wěn)定運(yùn)行的必經(jīng)之路。而智能化的儀表，也需要技術(shù)人員不斷努力，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、解決與控制系統(tǒng)的兼容問題、總結(jié)使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，才能最大程度地發(fā)揮其優(yōu)勢。

[1]陳為金. 探析火電廠熱工儀表自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012,9(上):105.

[2]陳晨. 火電廠熱工儀表自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用淺析[J].民營科技，2013(05):3.

[3]陳學(xué)銀.智能溫度測量儀表設(shè)計(jì)探析[J].科技與生活,2010(20):128.

黃敏（1988-），女，工學(xué)學(xué)士，助理工程師,主要從事：電廠儀表控制方面的工作。