現場總線技術在火力發電廠電氣控制系統中的運用

李土波

摘 要：隨著火力發電廠的快速發展，提高其電氣控制系統的運行質量成為了重要任務，現場總線技術是一種電氣控制系統的重要技術，其在控制投入成本，提高控制質量，簡化安裝維護上均有重要作用。本文就現場總線技術的優勢、系統特點以及注意事項對其在火力發電廠中的應用進行探討。

關鍵詞：火力發電廠；現場總線技術；電氣控制系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.172

1 現場總線技術的主要優勢

現場總線技術主要是指將微處理器與現場設備連接起來的一種數據傳輸紐帶，這種連接技術不僅能夠實現數據的雙向傳輸，同時其還可作為一種開放條件下實施數字多點通信的底層網絡傳輸方式。

相對較為老式的計算機系統，通常是運用DCS系統來作為設計結構，DCS系統最主要的缺點是其并不屬于開放的系統，這使得各個設備之間來進行連接時，主要通過點對點的方式來實現，這標志著，每次的連接都必須通過獨立的光纜才能夠實現，同時針對I/O控制與互聯的設備通常放置在控制柜中，而不是放置在現場，這種情況，一方面不能夠實現對現場數據的有效檢測和采集；另一方面還可能引起傳輸期間信號衰減等情況，受到其他因素的干擾，給維護帶來極大的不便。因閉合性的特性使得DCS系統不能夠進行數據的全面共享，而FCS系統則能夠較好的解決上述問題，并表現出以下幾點優勢：

（1）開放性是FCS系統最大的亮點，基本上很有技術細節可以說都處于公開透明狀態，為此，各個設備之間均能夠非常順利的進行數據的相互傳輸，根據IEC11314的國際標準來完成程序的開發，這使得整個系統的設計和開發均處于開放的狀態下，用戶能夠根據實際需要，進行非常自由的開發，同時其也能夠與其他硬件更好的進行兼容[1]。

（2）FCS系統能夠在現場直接部署各數據采集設備，這不僅能夠快速有效地實現現場檢測和采集，同時還可有效避免因進行采集和檢測中，因信號傳輸因其他因素而出現干擾和衰減，且所采集的數據只需要一根電纜即可將現場數據傳輸到主機中，完成實時處理和分析，除此之外，通過現場數據采集和本地處理的方式，在很大程度上也可實現開銷和成本的有效控制，不需要經由多層I/O轉換即可實現模擬信號和數字信號之間的相互轉換，這種設計在很大程度上為安裝與維護帶來了便利，通過數字化信號的傳輸也能夠更好的保證信號的準確性和穩定性。

（3）FCS系統在進行設計實現的過程中，其單臺的PC機能夠對以往需要多臺設備才能夠實現的任務進行了完成處理，大量設備在并行處理的過程中，很大程度上促使其開發效率得到了提升，從而可實現對開發成本的控制，并且在PC環境下，PLC模塊同時具備仿真和調試兩項功能，故能夠促使開發速度得到提升。

2 火力發電廠兩種電氣控制系統

2.1 EFCS與ECMS系統

EFCS系統與ECMS系統是目前國內最主要的兩種火力發電廠電氣控制系統，其中EFCS系統是電氣現場總線控制系統，而ECMS系統則主要是指電氣控制管理系統。這兩種電氣控制系統除工作原理基本一致之外，其在信息采集上也基本上相同。

2.1.1 EFCS系統

EFCS系統是一種基于ECMS系統經過大量改進之后提出的系統。首先，該系統可在網絡上與DCS系統建立起相互連接，同時也可通過通信的方式與DCS系統進行相互連接，從而實現對ECMS系統弊端的有效避免，并實現對各項信息的有效共享，從而實現對硬接線使用的有效控制，并以此來達到降低投資成本的目的，同時通過這種方式還可有效放置信息的重復采集，使得系統的操作更加的簡單邊界。EFCS系統要進入到DCS系統主要是通過兩種監控方式來實現：（1）“通信+硬接線”，這種監控方式主要應用于大型電動機，簡單來說就是指電氣設備，包括超過100kW的低壓電動機以及高壓電動機。盡管在監控時，與傳統的硬接線的方式存在一定差異，但操作原理基本相同，故值班人員能夠容易上手；（2）“全通信”，這種監控方式應用于小型的電動機。在ECMS系統上，還能夠結合實際需要作深入的改進，在對DCS系統進行電氣控制的同時，還可建立起報警、監視、統計功能以及電能管理的獨立監控系統，這不僅能夠減少運行維護人員，達到投資成本的控制，同時還能夠獨立完成各項功能[2]。伴隨著科技的持續快速發展，我國對現場總線技術的相關要求也隨之統一化和標準化，各種電氣設備也隨之更加的成熟，并配置了各種各樣的連接端口，隨著科學技術的快速推進，未來硬接線監控方式將被完全取代，更多的以“全通信”的方式來進行監控。

2.1.2 ECMS系統

該系統最初是中國電力工程顧問集團所提出的，其主要存在兩種電氣控制方案，且均是基于現場總線技術設計獲得。ECMS系統所具備的兩種實現方案均存在一個相同的弊端，即其均無法與DCS系統實現通信連接，這意味著，必須通過I/O硬接線的方式才能夠將其接入，使得現場總線無法更好的發揮其作用，同時還會使得大量資本在硬接線投資上被浪費。兩種方案分別為：（1）第一種方案：首先，由機組DCS系統來實現電氣設備的控制，并對其進行監視管理；其次，由DCS系統對電動機進行控制，在火力發電廠機組的控制中心，配置了ECMS系統操作站，為其配置相應的操作人員，其主要負責電動機管理以及ECMS系統的監測；（2）第二種方案：該方案與第一種方案存在明顯的差異，其主要是運用DCS系統來實現對火力發電廠的電動機與電氣設備等的控制，通過I/O硬接線來將其與系統進行連接，再由ECMS系統來實現對電動機與電氣設備的監視管理[2]。

2.2 EFCS系統配置方案

本文針對現場總線控制系統配置方案的分析，主要從數據采集和網格結構兩方向來分析。首先，從網格結構上來說，現場總線控制系統其結構呈現為明顯的兩層網三層設備，其中兩層網主要包括總線網與以太網，其中總線網主要是指通信間隔層與子站層之間相連接的，以太網則主要是指監控主層與其他所有通信子站層之間的連接；三層設備則主要包括通信子站層、監控主層以及間隔層。該結構本就是開放性的分層分布結構，其不僅能夠達到系統功能分層的作用，還可發揮分散設備的作用。而在數據采集時，其主要通過通信和硬線連接兩種方式實現，其中通信主要是通過信號的方式將其數據傳輸到DCS系統中，多用于對監測信號進行采集，但需要運用專門的現場總線控制系統和相關監控硬件設備；硬線連接則主要是通過硬線將實現設備和DCS系統的連接，通常應用于一些控制量信號的采集上。

3 現場總線技術的應用效果及注意事項

與普通規格的DCS系統來說，因其規模相對有限，使得系統很難將大量的電氣I/O數量引入到系統中。而在應用現場總線控制技術之后，ECMS系統的信息容量在很大程度上得到了提升。這使得原本無法進入到系統監測的不少設備，例如：一些主要的就地電氣智能裝置，均可達到較好的系統監控效果，從而實現現場采集信息及時傳輸到系統中，并通過分析處理及時反饋至管理人員。此外，通過現場總線通過通信的方式，將所測得的電氣狀態、遙測、保護等各項信息快速傳輸至DCS系統中，而自身僅僅只通過開關位置和命令控制的方式即可對其進行記錄。

除此之外，通過就地能裝置的充分利用，即可實現模擬量的迅速采集，并通過數字通信將其傳輸到DCS系統中，例如：電氣設備的電壓、電流、功能等信號的快速采集，與傳統采集相比，這種就地采樣的方式，只需要一根專用的通信電纜即可將其數據傳輸到DCS系統中，這不僅在很大程度上實現了硬接線投入成本的控制，同時也更利于設備的診斷、維護，與此同時，在對設備事故進行記錄和追憶時也具有更高的便捷性，ECMS系統還能夠選擇合理的方式對設備進行相應的運行維護管理，從而運行人員提供更為準確、便捷的信息，促使其事故現場處理效率也隨之提升。

在現場總線控制系統的應用中，因其往往涉及到數量巨大和種類繁多的電氣設備，加之，目前市面上所銷售的電氣自動化產品表現出明顯的良莠不齊、標準眾多。為此，火力發電廠在開發初期，應當盡可能地選取一家具有較強綜合實力的供應商，并將其作為此后各種設備采集的首選，通過這種方式保證各設備之間的協調性得到更好的提升，以便能夠更好的展現現場總線控制技術的優勢，同時通過這種方式處理，也更利于提高設備的使用安全性。

在現場總線技術應用過程中，可結合火力發電廠實際需要以及系統特點給予相應的設計。筆者認為，低于三層的網絡更加適用于，現場總線控制系統對網格結構的要求。此外，在通信速率快慢上，現場總線的長短也直接對其帶來了影響，總線越長其傳輸信息的速度也就相應越短。為此，在對節點進行布置的過程中，應通過支路節點的數量來確保其保持在一定范圍內，使總線敷設距離能夠盡可能地縮短，從而達到保證通信順暢的目的；與此同時，還應當盡可能地避開信號的干擾。除此之外，在進行安裝調試的過程中，應根據正確的方案給予相應的安裝，才能夠更好的提升系統的運行安全性。

4 結論

總而言之，通過運用現場總線控制技術來實現對火力發電廠電氣控制系統的過程中，主要通過對現場各項數據進行采集的方式實現，這不僅能夠及時掌握現場系統故障，提高運行安全性、穩定性上具有重要意義，同時通過該技術的應用還可有效實現對電廠成本投入的控制，在提高經濟效益上也有顯著效果。

參考文獻：

[1]文亮.現場總線技術在火力發電廠電氣控制系統中的運用研究[J].科技與企業，2014（16）：382.

[2]王秋梅.火力發電廠基于現場總線的電氣控制系統方案探討[J].科技廣場，2012（01）：39-41.