淺談現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：隨著電廠自動(dòng)化水平要求越來越高，電廠運(yùn)行管理信息化的要求也越來越高。分析了電廠現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特征，闡述了發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并對(duì)發(fā)電廠電氣系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：火電廠；現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；電氣控制系統(tǒng)

隨著我國(guó)發(fā)電廠規(guī)模的日益擴(kuò)大，電廠的自動(dòng)化水平越來越高，電廠生產(chǎn)的運(yùn)行管理要求越來越高。為了對(duì)電廠進(jìn)行全面的智能化信息化管理，電廠構(gòu)建信息管理系統(tǒng)，對(duì)電廠的各種設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析以及故障的預(yù)警，從而使得電廠的管理效率提高。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及電氣自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，電氣裝置以及就地測(cè)控設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)了智能化，一般利用交流采樣裝置，同時(shí)具有通信接口傳遞信息的能力，使得電廠電氣系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)智能化與網(wǎng)絡(luò)化。基于智能化與網(wǎng)絡(luò)化的電廠電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ECMS）使得電廠網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于現(xiàn)代化電廠的建設(shè)意義重大。

1 電廠現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特征

①現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有開放性。當(dāng)前，電廠的單元機(jī)組的控制系統(tǒng)通常采用的是分散控制系統(tǒng)即Distributed Control Systems簡(jiǎn)稱DCS，分散控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常采用封閉式結(jié)構(gòu)，這樣就存在其他廠家智能設(shè)備接入時(shí)非常困難。然而現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)利用了開放性的分層分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把各個(gè)控制器的節(jié)點(diǎn)分散布置到現(xiàn)場(chǎng)，從而使得監(jiān)控的功能能夠進(jìn)一步的向智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，從而形成了具有分布式控制體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有靈活性，可以設(shè)置成星形結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)，總線形結(jié)構(gòu)等，并且現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通信介質(zhì)不受限制，可以采用同軸電纜，雙絞線，光纖電纜等。利用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)能夠使得主機(jī)的工作負(fù)擔(dān)減輕。

②現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有分散性。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的分散性使得系統(tǒng)的可靠性與靈活性非常高，系統(tǒng)非常容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建或者重組，利用現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，調(diào)試，使得維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度降低，工作效率提高。

③現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的成本低。與DCS系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)域OEM技術(shù)使得開發(fā)周期縮短，從而使得開發(fā)的成本降低。而現(xiàn)場(chǎng)總線徹底的分散分布結(jié)構(gòu)使得1對(duì)1模擬信號(hào)的傳輸形式變成了1對(duì)多的數(shù)字信號(hào)的傳遞形式，無疑使得模擬信號(hào)傳輸過程中D/A，A/D轉(zhuǎn)換裝置，布線裝置等的維修費(fèi)用與成本降低。因此，整體而言現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)比DCS的成本低很多。

2 發(fā)電廠電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

由于電廠中被控對(duì)象比較多，基于發(fā)電廠的負(fù)荷的性質(zhì)，可以將其分成電氣負(fù)荷與工藝負(fù)荷。電氣負(fù)荷指的是主變壓器，起動(dòng)用變壓器，高壓廠用變壓器，備用變壓器，低壓廠用變壓器，廠用線路以及低壓廠用電源等；還包括了中壓廠用電源快切裝置，同期裝置，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，低壓電源備用自投裝置，綜合保護(hù)裝置等在內(nèi)的獨(dú)立電氣智能裝置。工藝負(fù)荷主要指的是包括中壓電動(dòng)機(jī)與低壓電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各種電動(dòng)機(jī)。目前，發(fā)電廠通常采用基于DCS的單元機(jī)組控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備利用開關(guān)量信號(hào)與傳統(tǒng)模擬量，也就是利用了二進(jìn)制信號(hào)以及1對(duì)1的傳輸方模式，將每一個(gè)測(cè)點(diǎn)通過硬接線到DCS的IO卡件，電廠的生產(chǎn)過程的監(jiān)控可以達(dá)到I/O系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)使得運(yùn)行人員的控制操作要求得到滿足，使得原來的發(fā)電機(jī)組控制臺(tái)以及廠用系統(tǒng)控制盤得到了替代，從而使得單元機(jī)組爐，電，機(jī)操作的統(tǒng)一。然而，隨著電力企業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的電廠實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)SIS以及電廠信息管理系統(tǒng)MIS應(yīng)用到電廠中，對(duì)設(shè)備的管理與維護(hù)實(shí)現(xiàn)信息化與智能化。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的設(shè)備使用傳統(tǒng)的方式向控制系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)接入時(shí)，SIS系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)的效果就會(huì)受到影響。

電廠對(duì)單元建筑電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的方法主要有兩種，①現(xiàn)場(chǎng)總線與硬接線相結(jié)合，也就是將全部的斷路器控制指令以及參加連鎖的位置狀態(tài)通過硬接線 被送到DCS系統(tǒng)的DI卡件與DO卡件；同時(shí)，利用現(xiàn)場(chǎng)總線的形式對(duì)回路的電壓，電流，報(bào)警信號(hào)以及保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行輸送，通過ECMS系統(tǒng)將信息匯總之后送到相應(yīng)DCS-DPU的通信接口。②采用完全的現(xiàn)場(chǎng)總線方式。即實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)與ECMS系統(tǒng)的統(tǒng)一，使得兩者能夠無縫連接。基于電廠工藝過程的配置實(shí)現(xiàn)了ECMS系統(tǒng)的通信管理，而工藝聯(lián)鎖控制通信管理機(jī)和相應(yīng)的DCS-DPU實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的通信，就沒有參與工藝聯(lián)鎖的電氣信息而言，利用電氣站的控制層通信網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)相連接。這樣，電廠的電氣監(jiān)控系統(tǒng)通訊和DCS系統(tǒng)相連接的實(shí)時(shí)性能夠滿足電廠實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。而基于DCS-DPU串口的通信以及以太網(wǎng)的通信形式實(shí)現(xiàn)了電氣就地智能裝置的雙向通信。

3 發(fā)電廠電氣系統(tǒng)應(yīng)用效果

就常規(guī)DCS系統(tǒng)而言，DCS系統(tǒng)的規(guī)模影響到電氣信息，因此，引入電氣I/O的數(shù)量不可以過大，當(dāng)利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之后，ECMS系統(tǒng)就能夠獲得現(xiàn)場(chǎng)非常多的實(shí)時(shí)信息，信息的容量比DCS系統(tǒng)要大得多，能夠?qū)崿F(xiàn)把就地電氣智能裝置都納入到監(jiān)控的范圍，（而使）：行人員能夠掌握越來越多的電氣信息。

利用現(xiàn)場(chǎng)總線通信，除了對(duì)控制命令以及開關(guān)位置狀態(tài)進(jìn)行保留之外，電氣遙測(cè)，遙信信號(hào)等利用現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞到DCS系統(tǒng)。電壓，功率，電流等模擬量通過就地智能裝置交流采樣，傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)模擬量信號(hào)采集方式被數(shù)字化通信方式所替代。利用專用通信電纜實(shí)現(xiàn)了就地信息的傳輸，使得硬接線控制電纜使用量得到降低。另外，ECMS系統(tǒng)能夠便于運(yùn)行人員對(duì)控制室內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行查詢，便于對(duì)故診斷及維護(hù)信息的查詢，并且能夠?yàn)檫\(yùn)行人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故處理提供輔助措施。

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