現(xiàn)場總線在火力發(fā)電廠的應(yīng)用

金彥昌

摘要：隨著人類社會(huì)文明的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)技術(shù)迅猛發(fā)展，尤其計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速前進(jìn)，使我國工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不斷完善，節(jié)約了生產(chǎn)成本、解放了生產(chǎn)力，生產(chǎn)效率也得到提高。尤其隨著我國電力的緊缺，全國各地電力項(xiàng)目的啟動(dòng)，使各生產(chǎn)DCS系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)有了廣闊的市場。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線;火力發(fā)電廠;控制系統(tǒng)

1、 前言

雖然電力項(xiàng)目增多，但是人們對DCS系統(tǒng)的要求卻更高了。人們不在是單純的要求增加控制功能這樣簡單的問題，而是要求增強(qiáng)DCS系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，減少運(yùn)行人員的操作量，減少檢修人員的工作量，提高DCS自動(dòng)化水平，對過程控制響應(yīng)快，減少通信部分的故障。

當(dāng)前新建電廠的主要特點(diǎn)就是要求控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，維護(hù)和運(yùn)行人員少，機(jī)組能夠長周期穩(wěn)定運(yùn)行，而能夠?qū)崿F(xiàn)這些主要還是依賴使用的控制系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和具有的強(qiáng)大控制功能。

DCS 控制系統(tǒng)的意義在于“分散控制，集中管理”。過程控制分散好處就在于把危險(xiǎn)分散，由于過程控制器完成的功能不同，承擔(dān)的任務(wù)不同，所以當(dāng)一個(gè)控制器出現(xiàn)問題，不會(huì)影響其他控制器穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)集中管理是把分散的部分集中管理，協(xié)調(diào)分散的控制器能夠共同完成一項(xiàng)控制任務(wù)。以往的控制系統(tǒng)確實(shí)也體現(xiàn)了這種意義。各DCS生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對控制系統(tǒng)不斷的改進(jìn)，使DCS系統(tǒng)日趨完善。現(xiàn)有DCS系統(tǒng)雖然成熟，但各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)DCS系統(tǒng)時(shí)都使用自己的專利技術(shù)，并嚴(yán)格保密自己的技術(shù)，如果需要與不同的系統(tǒng)通信只有借助網(wǎng)關(guān)等設(shè)備完成。

2、 現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場總線是生產(chǎn)過程區(qū)域現(xiàn)場設(shè)備/儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式的雙向通信的數(shù)據(jù)總線，是一門新興的技術(shù)，同時(shí)也是控制系統(tǒng)今后主要的發(fā)展方向。這種新興的技術(shù)在不久后就會(huì)全面應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。這種技術(shù)不只是新穎，而且設(shè)計(jì)思想對生產(chǎn)自動(dòng)化程度以及生產(chǎn)效率的提高都有益處。

現(xiàn)場總線技術(shù)所具有的特點(diǎn)：

2.1有較強(qiáng)的開放性。

現(xiàn)場總線極大程度的開放了控制系統(tǒng)，通信協(xié)議一致開放，使用戶在選擇控制系統(tǒng)時(shí)不必過多考慮技術(shù)壟斷和設(shè)備壟斷的問題存在，各個(gè)廠家只要遵從標(biāo)準(zhǔn)，就完全可以實(shí)現(xiàn)不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)信息互換。

2.2現(xiàn)場總線具有互操作性和互用性。

互操作性在互聯(lián)的設(shè)備之間，系統(tǒng)之間的信息的傳遞與溝通，相互之間設(shè)備雖然來自不同廠家但是由于協(xié)議相同，可互相完成相同的工作。互用性不同廠家的設(shè)備如果有著相似的功能就可以相互替代，這樣在設(shè)備損壞的情況下，可以使用不同廠家的設(shè)備，提高現(xiàn)場缺陷的消除。

2.3控制系統(tǒng)的精性高。

由于現(xiàn)場總線采用的是數(shù)字化通信的方式，所以不需要像DCS那樣進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換，沒有了D/A和A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)臄?shù)據(jù)精度就提高了，通信的速度也提高了，從而系統(tǒng)運(yùn)行可靠性得到改善。

2.4現(xiàn)場總線的使控制系統(tǒng)的就地控制分散性加強(qiáng)。

現(xiàn)場總線所連接現(xiàn)場設(shè)備都是高度智能化的設(shè)備，在這樣的設(shè)備當(dāng)中都設(shè)計(jì)了自己的控制回路，完全獨(dú)立完成對現(xiàn)場工況的閉環(huán)控制，減少由于控制站故障的原因而引起的機(jī)組停運(yùn)設(shè)備損壞的事故發(fā)生。

現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)：

（1）減少由于設(shè)備信號(hào)制不統(tǒng)一而出現(xiàn)的檢修煩瑣問題。

我們現(xiàn)有的很多DCS系統(tǒng)使用的信號(hào)并不是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，模擬量信號(hào)包括有4-20Ma、0-5V的不同的電流、電壓信號(hào)給檢修工作帶來極大的不方便。而采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)完全沒有這種不便利的因素存在，在數(shù)據(jù)線上以相同的形式傳送數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可信度。

（2）減少維修工作量，提高工作效率。

現(xiàn)場總線和就地設(shè)備都是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，人們在進(jìn)行維修工作時(shí)對現(xiàn)場設(shè)備的檢查完全可以在工程師站或操作員站得以實(shí)現(xiàn)，對現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)置通過網(wǎng)絡(luò)直接下載到現(xiàn)場設(shè)備當(dāng)中，并通過定期對參數(shù)的檢查間接的確定設(shè)備是否故障，另外采用現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)的報(bào)警不單可以對現(xiàn)場控制站出現(xiàn)的硬件故障進(jìn)行診斷分析，查明故障原因，通過工程師和操作員站的報(bào)警來提示檢修人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。

（3）在一定程度上提高機(jī)組的安全性。

現(xiàn)在的DCS系統(tǒng)有很多情況下出現(xiàn)信號(hào)接地把控制系統(tǒng)的IO卡件燒毀或控制系統(tǒng)的電源短路失電，造成系統(tǒng)在故障狀態(tài)下運(yùn)行，或者出現(xiàn)非計(jì)劃停運(yùn)。這種事故出現(xiàn)后排查起來十分困難，既費(fèi)工又費(fèi)時(shí)。而現(xiàn)場總線的產(chǎn)生，輕而易舉的解決這累問題，同時(shí)對查找出現(xiàn)故障的設(shè)備提供方便。

（4）現(xiàn)場設(shè)備的免維護(hù)量提高。

由于采用了現(xiàn)場智能設(shè)備，所以檢修工作大大降低，同時(shí)現(xiàn)場設(shè)備免維護(hù)的量加大，設(shè)備可以保證能夠長周期穩(wěn)定的運(yùn)行。三門峽電廠現(xiàn)場的西門子變送器是一種智能型變送器，此變送器的精度很高達(dá)到了0.1%，在檢修的過程中，對此變送器熱工專業(yè)一對重要參數(shù)的變送器抽檢，在檢驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)這種變送器性能十分好，基本可以達(dá)到免維護(hù)的要求。

雖然現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠中有很廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)在還有很多的問題沒有完全解決，所以現(xiàn)場總線的并沒有完全應(yīng)用到現(xiàn)場DCS系統(tǒng)中。

3、 應(yīng)注意的幾個(gè)問題

3.1現(xiàn)場總線噪音問題

現(xiàn)場總線應(yīng)用必然涉及到系統(tǒng)噪音問題，由于所有的現(xiàn)場設(shè)備完全連接到現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，連接處必然使用TAP接頭，這種接頭長期處于現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣的地方，就會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)噪音的現(xiàn)象，繼而出現(xiàn)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤的報(bào)警，所以現(xiàn)場總線對現(xiàn)場的衛(wèi)生條件，現(xiàn)場的振動(dòng)條件都有嚴(yán)格的要求。接頭每次停機(jī)都要進(jìn)行檢查，但是并不是檢查后就可以完全消除噪音。

3.2冗余問題

現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)思想，低速部分是不要冗余的，因?yàn)楝F(xiàn)場總線已經(jīng)分散了危險(xiǎn)，現(xiàn)場儀表在現(xiàn)場可以自成調(diào)節(jié)回路而實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)。雖然是這樣，但是由于沒有冗余功能，所以一旦總線故障，雖然可以完全依靠就地來完成功能調(diào)節(jié)，卻無法讓運(yùn)行人員監(jiān)視到全系統(tǒng)運(yùn)行狀況，按照熱控的檢修標(biāo)準(zhǔn)在控制系統(tǒng)機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視就應(yīng)該停止機(jī)組運(yùn)行，所以要想達(dá)到安全的目的，冗余設(shè)計(jì)是很有必要的。

3.3維修成本較高

如果在以往的DCS系統(tǒng)改為有現(xiàn)場總線技術(shù)的DCS系統(tǒng)，現(xiàn)場的設(shè)備需要全部更換，以便適應(yīng)現(xiàn)場總線的需要，現(xiàn)場智能設(shè)備承擔(dān)的調(diào)節(jié)功能增加也會(huì)使其造價(jià)的成本增加，同樣維修中，如果更換一樣儀表都會(huì)有很昂貴的費(fèi)用。減低這種費(fèi)用就要選擇信譽(yù)較好的廠家，使用其設(shè)備，如果設(shè)備的性能好，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，同樣可以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的效果，改善設(shè)備運(yùn)行性能。

3.4對機(jī)組保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮

電廠中熱控最重要的是對熱控保護(hù)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)，防止保護(hù)不發(fā)生誤動(dòng)同時(shí)也要保證保護(hù)不發(fā)生拒動(dòng)，要求在控制系統(tǒng)的IO卡件以及設(shè)備上要求采用三取二的要求：如汽包水位變送器設(shè)計(jì)、爐膛負(fù)壓的設(shè)計(jì)在DCS上要求現(xiàn)場的三個(gè)設(shè)備分別進(jìn)入三個(gè)不相同的IO卡件當(dāng)中，三個(gè)不同的IO卡件分屬不同的控制站，達(dá)到保護(hù)不因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備、一個(gè)IO卡件、一個(gè)控制站的故障而導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象。

現(xiàn)場總線對這方面應(yīng)該著重考慮，由于現(xiàn)場總線現(xiàn)場布置需要我們改變這種設(shè)計(jì)，否則就要增加費(fèi)用，如就地設(shè)備需要在就地完成三取二功能，而且信號(hào)需要分別與三條就地總線到達(dá)三個(gè)控制柜，這無疑增加了工作量，同時(shí)也增加了費(fèi)用，只有這樣才能達(dá)到現(xiàn)場的設(shè)計(jì)要求。

現(xiàn)場的總線現(xiàn)在還存在著一定的缺陷，所以在電廠中在大多數(shù)的監(jiān)視系統(tǒng)和外圍設(shè)備上應(yīng)用廣泛，原因就是外圍設(shè)備的缺陷和停運(yùn)不會(huì)對主業(yè)生產(chǎn)造成影響，同時(shí)總線用于外圍設(shè)備控制可以使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔明快。

4、結(jié)束語

如果要使DCS繼續(xù)發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)無疑為這種發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。各個(gè)DCS系統(tǒng)的廠商看好了這一勢頭，不斷圍繞著這一技術(shù)開發(fā)研制新的控制系統(tǒng)，這一發(fā)展方向預(yù)計(jì)著新的DCS技術(shù)革命即將到來。