無線網絡技術在托克托電廠供熱領域的應用

田亭

【摘要】針對內蒙古大唐國際托克托電廠對工業園區供熱的實際情況，從現有的供熱監測和計量手段出發，利用無線通訊網絡技術，實現供熱系統的無線監測和計量，論述了各種無線技術標準及標準的融合，分析了無線控制技術的經濟性，對無線控制技術在電廠的應用進行了展望，提升供熱熱網的技術管理水平。

【關鍵詞】供熱；無線通訊技術；無線監測；Modbus通訊

引言

近一段時間以來，無線控制技術已成為自動化領域的熱門話題，無線控制技術可以大幅降低控制系統成本，并有效簡化控制系統，具有逐步替代傳統自動化系統的潛力，是未來自動化產品新的增長點和發展方向之一。傳統自動化系統是有線控制系統，具有監控點數量多、布線復雜、集成難度較大，施工、調試、運行、維護工作量大等問題。首先，惡劣的環境給工程布線帶來了一定的困難；其次，由于布線數量多和布線路徑復雜，一方面需要設置母線槽、電纜橋架、電纜穿管等，另一方面需要根據現場實際環境選擇耐高溫、防爆、阻燃等要求的電纜，以及橋架隔板，還需考慮防火堵料封堵等；再次，不便于維護，系統的安裝、查線、調試需要花費大量時間，維護與更換的復雜度大，費用較高，影響電廠建設工期；最后，電纜易老化腐蝕，控制系統長期運行面臨著電纜老化、腐蝕破損等其他自然或人為損壞因素。因此，與有線控制方式相比，無線控制技術的優越性是不言而喻的。在保證信號安全、暢通、可靠的條件下，通過無線技術可以將電廠用于監視、控制、報警、保護等現場儀表傳感器與實時控制系統、直到上層管理信息系統相集成，無線技術還可應用于現場無線設備之間互聯等。因此，無線控制技術具有良好的應用發展前景。

1、無線技術的標準

為實現無線設備的互換性和互操作性，降低成本，擴大應用，實現規模效益，無線技術必須實現標準化，從而使來自不同生產廠商的無線智能儀表與控制系統產品能夠在同一網絡平臺下協同工作。早在2005年，國際自動化學會ISA100就倡導并致力于通過定義和頒布系列標準、推薦導則以及組成相應技術工作組，以實現自動化和控制環境下的無線網絡標準化。迄今為止，無線網絡仍難以統一到一個真正意義上的技術標準，仍需要有一個融合發展的過程，其現狀是：其中有的無線標準已正式頒布實施，有的還在討論審批過程中，有的尚處于研發階段。目前無線標準有以下幾種：1、無線HART標準2、無線ISA100標準3、無線ZigBee標準4、無線WIA—PA標準5、無線IEEE 1451標準6、其它無線。

IEEE 802.11標準是由IEEE LAN/MAN標準委員會制訂的有關無線局域網通信的系列標準。無線EnOcean標準是樓宇自動化領域的一種無線通信系統，至今并未獲得相應國際標準化組織的批準認可，但受到西門子等公司的大力支持。此外，還有僅在有限范圍內用于傳輸少量數據的IEEE 802.15.1（藍牙）無線個域網標準，以及廣為所知的GSM/GPRS等無線標準。

2、無線標準的融合

不難看出，目前無線標準的種類繁多，它們在市場中也各占有一席之地，要想實現無線標準的統一非常難，無線標準技術的融合面臨很大的挑戰。在這些新興的無線標準中有三個公認的主流標準，它們是無線ISA100.11a、無線HART、無線WIA—PA。由于無線ISA100.11a和無線HART之間有重合性，ISA100委員會為推進無線標準的融合工作，成立了融合小組—ISA100.12，目前ISA100.12已經開始做無線標準的融合工作，負責無線ISA100和無線HART的技術融合，它獨立咨詢各個終端用戶需求，成立融合用戶需求團隊來接受用戶的需求，并提出無線標準技術融合建議，融合工作建議請求已于2010年9月投票通過，并得到了ISA100委員會的批準。

雖然無線技術標準融合的過程是艱難和漫長的，但隨著計算機網絡技術的發展和市場需求的推動，相信在不久的將來，無線標準融合工作一定會有突破性進展，以實現無線控制產品價值的最大化。

3、無線網絡技術在托電公司供熱中的應用

托電公司#8機組給工業園區供汽考慮到計量及費用核算的問題，所以標準節流元件儀表安裝的位置較遠，使用有線設備安裝成本較高、且維護費用較高。

托克托電廠公司通過與艾默生公司及上海福克斯波羅有限公司商討，最終決定決定就地儀表采用艾默生的1420無線網關與FOXBORO公司的FBM230卡件通過RS485通訊協議進行有線數據傳輸，從而實現對工業園區供汽流量、溫度、壓力的采集。托電公司使用的無線網關通過RS485與DCS進行通訊，實現數據傳輸。

托克托電廠#8機組至工業園區供汽流量、溫度、壓力等無線儀表通過無線傳輸中繼器將數據傳輸到無線網關，無線網關通過RS485通訊協議傳輸到托電公司#11機組DCS遠程站，通過FOXBORO FBM230卡件進行信號采集，從而實現了供汽流量、溫度及壓力信號的采集。

EPM工程師2013年10月現場勘察和調試，最終項目投運日期為2013年底，截止到2015年9月整個智能無線系統運行基本穩定，溫度、壓力、流量信號斷線異常偶爾發生。

通過無線網絡技術在托電公司供熱領域的引用，有以下優點：（1）技術上實現起來比較合理，可以避免有線網絡布線相對于供熱網絡分散、實施難度難以預料的缺點，又可實現對熱網運行情況的實時監測。對于用汽結算提供及時、準確、有效的支持。（2）無線組網具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種數據。另外無線組網覆蓋范圍廣，無需網絡布線就能夠覆蓋所有的熱網管線，擴容無限制，可以滿足今后供汽業務擴大的需求。（3）通過實時監測熱網蒸汽運行情況，可以提高供熱系統的安全性。同時蒸汽參數和結算熱量數據不用到就地去抄表，節約了人力資源投入。由于實現了結算蒸汽數據自動采集，能夠防止人為因素造成的誤差，減少了因此而帶來的供熱銷售收入的損失。

4、無線技術在電廠應用展望

如前所述，無線控制技術已經在電廠水源地、灰庫、葉輪給煤機等地得到成功應用，因此，在電廠無人值守的泵房、油灌區等輔助車間或輔助系統采用無線控制技術是可行的。

隨著無線控制協議融合的發展以及智能無線儀表、執行器的應用發展，在保證信號安全、暢通的條件下，無線技術原則上可以用于電廠的數據采集與監視、排放監視、旋轉機械狀態監視、視頻安防、火焰遙測、廠內通信、常規控制和保護等。

當巡檢人員配置具有全功能PC環境的無線移動工具，可實現與運行人員及現場設備的無線通信，完成現場設備及過程的就地數據收集、檢查、故障診斷、調校等，需要時也可與實時監控系統、計算機狀態檢修系統、計算機文檔系統等實現信息共享。配置無線定位跟蹤系統后，可實施現場人員的動態管理。

5、電廠應用無線控制技術的建議

無線技術是過程控制領域最前沿的技術，采用無線控制技術使發電廠的設計、施工、

調試和運行更加智能化和簡單化。目前，美國艾默生公司、美國霍尼韋爾公司和日本橫河電機公司等已研發出一系列智能無線儀表設備，而且在國內外都有成功的應用業績，因此，可以在電廠的某些區域或系統逐步用無線控制系統替代有線控制系統。在電廠應用無線控制技術的建議如下。

（1）基于目前國內的應用經驗，建議先在水源地、葉輪給煤機、除灰系統、城市供熱網站、輸煤碼頭卸料系統等采用無線控制系統，逐步擴展到其它輔助車間系統。

（2）在電廠中應用無線技術應選擇合適的無線技術標準和有一定技術實力以及工程應用能力的供應廠商，從而使所選定的無線控制系統滿足電廠安全性、擴展性、開放性、可靠性、良好電源管理性和多協議支持等要求。

（3）選擇無線技術標準時，建議重點考慮：一是較低頻率的無線技術有著較長的通信距離；二是在傳輸距離和空間數據傳輸速率之間要掌握好平衡點，傳輸速率越低其傳輸距離則越遠；三是選用合理的傳輸方法，如：固定頻率、FHSS、DSSS、OFDM等，采取一定的安全措施，如：信息加密、鑒定/確認、密匙管理等。