工業無線技術在1000MW機組性能試驗中的應用

摘 要：文章就工業無線技術在超超臨界燃煤發電機中的應用進行了全面的闡述。對實施過程中出現的問題進行分析，并給出了有效解決實施方案。

關鍵詞：工業無線技術；無線變送器；性能試驗

1 背景說明

工業無線技術是一種新興的工業通信技術，目前國際上主流的工業無線通信標準主要有WirelessHART和ISA100.11a。[1]

這項技術是基于智能數字儀表和無線技術基礎上發展起來的，它不僅能傳送現場變送器測量的值信號（如溫度、流量、壓力等），還可以像總線型儀表一樣同時輸出多種信息，如報警、測量單位、設備環境溫度、設備標簽等。

2 技術介紹

在1000MW機組進行性能試驗，很大的現場工作量在于與對現場信號進行采集匯總記錄。

傳統的采集數據方式使用有線的溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器等將所有信號采集并最終通過4～20Ma信號傳輸至最終的DAS采集裝置。

無線變送器與傳統變送器的主要區別在于，無線變送器在無需布線的前提下還提高了測量精度。

從圖1的對比就能看出在傳統變送器信號傳遞過程中的有線傳輸的模擬量電流信號直接被無線傳輸的數字化信號替代，其中相對應傳統變送器信號傳輸中所需的數/模，模/數轉換節點在無線變送器的信號傳遞過程中是不需要的。

3 網絡可靠性測試

火力發電廠的應用環境通常由許多鋼結構和建筑物組成，這都會對無線信號的傳輸產生干擾。

為確認無線系統的信號覆蓋能力及穩定性，選型時使用4天時間，對計劃使用的無線產品分別進行了2次測試。

第一次測試（機組鍋爐房范圍）：

信號接收采樣平臺位置：#7號機疏水擴容器旁，爐側0米層。

測點位置：（1）送風機出口風道旁保溫箱內，爐側0米。（2）一次風機出口擋板旁保溫箱內，爐側0米。（3）空預器旁保溫箱內，爐側22.5米。

產品表現：保溫箱打開和關閉兩種狀態，以上測點均能連接迅速，信號穩定，但信號強度略有下降。

第二次測試（機組汽機房范圍）：

信號接收采樣平臺位置：#7號機汽機平臺（發電機側），汽機房17米層。

測點位置：（1）除氧器旁，40米。（2）高加抽汽口，8.6米。

產品表現：各點信號連接正常，信號傳送正常，無延時。

基于以上測試結果判斷：（1）無線設備的連接穩定性能與其中間是否有金屬障礙物有極大關聯。（2）無線變送器單體無信號時，可以通過組建mesh網絡建立通訊鏈路。

4 實際應用

某機組修后性能試驗，使用了無線產品組建無線數據采集系統。

系統使用的組網方式是：

無線變送器→無線基站→無線網關→數據采集服務器

采集系統使用了98臺壓力、差壓、絕壓無線變送器，84臺三通道無線溫度變送器。

由于單臺網關機支持的變送器數量有限（不超過100臺），不得不將整個無線網絡劃分為01、02網段，每個網段配置的變送器數量不超過100臺，這些無線變送器通過內置電池工作，與無線通訊基站FDAP進行無線通訊。

所有的無線通訊基站FDAP之間均能進行無線通訊。

任意一臺無線變送器均能開啟或停用ROUTE路由功能來作為其它變送器的通訊節點，以便組建MESH網絡（一般不超過5級跳轉）。

2個網絡的所有數據通過MODBUS TCP通訊將最終收集的數據匯總至采集服務器中存檔，試驗數據可通過excel報表導出。（詳見圖2）

整套系統已在多次試驗中得到了驗證，試驗效果良好。

5 實施中出現的問題

5.1 無線網絡組網慢

在初期系統使用過程中碰到過無線網絡組建慢的問題。由于整個網絡被劃分成2個子網，但在現場復原時發現整個網絡中任何一個變送器上電后加入到網絡中速度較慢，需要30分鐘以上才能加入完畢。后發現，原來是當時初始化配置時把所有變送器的路由功能打開，導致所有變送器都在做全路徑計算，降低了整個網絡的工作效率。

在之后的組網中，關閉了大部分節點的路由功能，僅僅開啟幾個較難連接位置測點變送器的路由功能，網絡運行速度明顯加快，基本做到上電即連接。

5.2 無線信號覆蓋差

在初期使用中，還發生過多個設備在無線基站附近時，反而連接不上該基站，存在信號覆蓋差的問題。

后發現，由于無線基站信號是以立體橢圓半球方式覆蓋，太過靠近基站垂直線正負30度角度內的變送器且距離較近（5米）反而處于信號死角中，在測點布置的過程中應該注意避免。

在之后的組網中，盡量將變送器處于半球范圍內，避開信號死區后，基本上能解決基站對汽機及鍋爐房范圍內所有變送器的冗余覆蓋，即每臺變送器至少可以連接到2組不同的基站，有效改善網絡穩定性。

6 結束語

通過將工業無線系統應用于1000MW機組性能試驗中，可以得到一些結論：（1）系統現場安裝時間能得到有效縮短；（2）無線系統維護費用大大低于傳統有線系統。這種方式對于大型火力發電機組性能試驗有著極大的優化效果，是幫助縮短性能試驗實施時間的有效方式。

參考文獻

[1]張建奇，黨洪濤，陳江天.工業無線關鍵技術ISA100.11a概述[J].自動化技術與應用，2012（11）.