現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

摘要：本文通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的系統(tǒng)框架、系統(tǒng)設(shè)置、運(yùn)行特點(diǎn)等進(jìn)行介紹，進(jìn)一步分析其在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：總線技術(shù) 電力系統(tǒng) 自動(dòng)化

1、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述

1.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)最先由德國(guó)西門子公司開創(chuàng)，到20世紀(jì)80年代中，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身具有分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的特點(diǎn)，促進(jìn)了工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)全球工業(yè)自動(dòng)化起到非常重要的作用。由于世界各國(guó)發(fā)展工業(yè)的技術(shù)背景、經(jīng)濟(jì)背景的不同，應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也不相同，通過對(duì)世界各國(guó)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的歸納和總結(jié)，我們可將其分為八類：FF現(xiàn)場(chǎng)總線（foundationfiledbus），CN現(xiàn)場(chǎng)總線（control net），PB現(xiàn)場(chǎng)總線（profilebus），P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線，F(xiàn)F HSE現(xiàn)場(chǎng)總線，Swift Net（美國(guó)波音公司支持），World FIP現(xiàn)場(chǎng)總線，Inter bus現(xiàn)場(chǎng)總線。

總的來說，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)主要可分為三級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接四個(gè)層次，三級(jí)網(wǎng)絡(luò)分別負(fù)擔(dān)各自的信息傳遞任務(wù)。第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，主要是將電機(jī)啟動(dòng)器、變頻器、紅外水分儀等直接接入PROFIBUS-DP網(wǎng)；第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)，主要是通過數(shù)字量傳感來執(zhí)行簡(jiǎn)單的設(shè)備操作，如光電開關(guān)、接近開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥等，這些設(shè)備的控制主要是通過現(xiàn)場(chǎng)I/O接入PROFIBUS-DP網(wǎng)。第三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，鏈接客戶端和信息監(jiān)控，主要是將監(jiān)控服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)、PLC、獨(dú)立主機(jī)控制段的PLC接入工業(yè)以太網(wǎng);監(jiān)控服務(wù)器、中央監(jiān)控機(jī)、數(shù)據(jù)庫服器和客戶機(jī)接入Enter net網(wǎng)。

1.2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化得到推廣和應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)由于其自身的系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，必然將廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化中。

一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化和分散化，可以使電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)一對(duì)多連線，并且模擬電壓、電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，控制，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備之間以及與外界的信息交換。使電力自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“信息交流”。

另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)和微處理設(shè)備應(yīng)用于電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，信息集成，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化以及電力自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)底層電力設(shè)備之間以及與外界電力設(shè)備的信息交換等。

2、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的意義

2.1實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的信息傳輸和交換

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將各種開關(guān)、電力傳送、使用電壓的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后采用數(shù)字信號(hào)通訊，提高系統(tǒng)對(duì)這些設(shè)備信號(hào)的檢測(cè)和判定，進(jìn)而達(dá)到控制第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)作的目的。也加強(qiáng)了客戶端和電力系統(tǒng)首端地聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了多站點(diǎn)之間的高速、雙向通信。

2.2提高了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的可維護(hù)性

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電力自動(dòng)化系統(tǒng)采用總線方式替代一對(duì)一的I/O連線，對(duì)于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了電力輸送的連接線以及連接點(diǎn)，這樣也減小了大量的連接電線造成的不穩(wěn)定因素，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，巡查故障因素相對(duì)簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可實(shí)現(xiàn)完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

2.3有效減少了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的建設(shè)開支

首先，在電力系統(tǒng)的布線、安裝、維護(hù)方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)節(jié)省了大量的一對(duì)一的連線，改為了一對(duì)多和多對(duì)多的連線方式，且在電力的傳輸過程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)跟蹤和回饋，因此相較于傳統(tǒng)的分散控制系統(tǒng)，這方面的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)了大幅度減小。其次，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)要求電力設(shè)備的插件是統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的，這對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)而言節(jié)省了大量因?yàn)椴褰涌诓灰恢露鴮?dǎo)致線路或插接口的浪費(fèi)，也同時(shí)免去了人力去選擇插接件的勞動(dòng)，使得電力系統(tǒng)的末端安裝工程相對(duì)簡(jiǎn)單方面。在這方面節(jié)省了不少的費(fèi)用。最后、強(qiáng)大的故障診斷能力（包括總線節(jié)點(diǎn)的通信故障、電源故障，以及現(xiàn)場(chǎng)裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)），使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)變得輕松和方便。

3、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用與電力系統(tǒng)自動(dòng)化的可操作性

3.1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)

主要是指火力發(fā)電方面，在火力發(fā)電機(jī)的熱工自動(dòng)化設(shè)備上實(shí)施總線技術(shù)，通過總線技術(shù)系統(tǒng)來控制發(fā)電機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)作，減少人工操作和減輕勞動(dòng)遷都，總線系統(tǒng)通過對(duì)發(fā)電機(jī)的熱能數(shù)據(jù)的監(jiān)控和記錄，將這些數(shù)據(jù)傳送至上層控制端，控制端將對(duì)設(shè)備的控制程序轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，從而達(dá)到基層設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)作。

3.2電力參數(shù)監(jiān)控方面

目前，火電廠中主控系統(tǒng)為分散控制系統(tǒng)（DCS）。這一系統(tǒng)主要是根據(jù)電力設(shè)備的時(shí)機(jī)情況和生產(chǎn)要求，在底層設(shè)備的布線過程中將設(shè)備的傳送和運(yùn)行于DCS系統(tǒng)相集成，目前已經(jīng)在某些大型的火力發(fā)電廠運(yùn)用到這一技術(shù)，這一技術(shù)的運(yùn)用可以使得DCS系統(tǒng)對(duì)電力設(shè)備的各種數(shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和判定，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字、分層次的監(jiān)控，減輕操作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與DCS系統(tǒng)體系的集成方便了使用者的末端操作，火電廠可以通過DCS系統(tǒng)來選擇線路傳達(dá)操作信號(hào)，啟動(dòng)和調(diào)用最優(yōu)化和最合理化的基礎(chǔ)設(shè)別實(shí)現(xiàn)操作目的，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)創(chuàng)造最佳效益。

3.3電力輸送方面

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用與電力系統(tǒng)，在對(duì)電力輸送方面實(shí)施監(jiān)控，主要是由CAN總線、上位機(jī)和基于80C196KC的監(jiān)控單元組成，結(jié)合高精度測(cè)量電路和10位A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的在線測(cè)量。通過設(shè)置電機(jī)額定運(yùn)行參數(shù)和更換外接互感器的方法使本系統(tǒng)適用于任何電壓、電流等級(jí)的交流電機(jī)，系統(tǒng)可以采用特定的保護(hù)算法實(shí)時(shí)地對(duì)單電機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)，同時(shí)還可以根據(jù)連鎖控制算法實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或幾臺(tái)電機(jī)的起動(dòng)控制、保護(hù)停機(jī)。

3.4電力分配和調(diào)度方面

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化，其應(yīng)用的一個(gè)非常重要的方面在電力的分配和調(diào)度上。傳統(tǒng)的廠站監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過電纜將PT/CT二次側(cè)電參數(shù)傳送至中控制，這樣的方式造成了測(cè)量數(shù)據(jù)在傳送過程中的降低和減少，導(dǎo)致測(cè)量精度不足，并且隨時(shí)需要人工值守，造成對(duì)人工和設(shè)備的浪費(fèi)等。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的廠站監(jiān)控系統(tǒng)可采用Lonworks或CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，即可取得良好效果。

4、結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化對(duì)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展起到非常重要的促進(jìn)作用，但是在實(shí)踐中仍然存在一些不足和缺陷，主要是由于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)電力實(shí)際狀況有區(qū)別。因此，需要廣大的電力工作者在實(shí)際工作中不斷探索和總結(jié)，不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，創(chuàng)建符合我國(guó)電力事業(yè)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。