試論現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用及前景

（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

試論現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用及前景

王剛建

（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

本文主要從控制系統(tǒng)功能及其物理分散和數(shù)字化電廠兩個(gè)方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析；結(jié)合我們?cè)趯?shí)踐中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)狀，客觀的提出國(guó)內(nèi)火電廠在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的實(shí)際使用范圍和具體設(shè)計(jì)原則，并以此幫助我國(guó)總線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；實(shí)際應(yīng)用；范圍；分析

隨著信息科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)電企業(yè)與信息化之間的聯(lián)系也越來越緊密，在這種情況下，火電廠的網(wǎng)絡(luò)信息化水平對(duì)其工作效率的影響也越來越大了。其中，火電廠數(shù)字化的廣度和深度對(duì)其信息化的水平起到了決定性的影響。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們可以將火電廠的控制和管理具體分為3級(jí)SIS（管理級(jí)）、MIS（車間級(jí)）以及DCS（車間級(jí)）；隨著整個(gè)火電廠控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)由于其控制是單向的，也就是說，它僅僅能夠從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取到用于控制的信息，而無法搜集到同樣重要的維護(hù)診斷信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)在客觀上舊極大的豐富了現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息，這也使得對(duì)遠(yuǎn)程參數(shù)的校正及調(diào)整成為了現(xiàn)實(shí)，此外，它也為控制系統(tǒng)與設(shè)備之間的通訊提供了可操作的平臺(tái)，換句話來說，它使得電廠數(shù)字化管理可以從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及開始。

隨著火電廠的各個(gè)方面都有了很大的進(jìn)步，火電廠設(shè)計(jì)方案中關(guān)于如何有效降低工程造價(jià)的方法也成為了重中之重。對(duì)于工作人員來說，控制系統(tǒng)的物理分散和功能分散成為了降低工程造價(jià)最重要的環(huán)節(jié)。并且，由于DCS控制器起到的作用越來越大，并且，傳統(tǒng)DCS在實(shí)現(xiàn)降低造價(jià)方面做得還不夠理想，這就從側(cè)面反映出了物理分散功能的重要性了。從DCS電源柜的分散布置、遠(yuǎn)程控制站到智能采集前端的合理使用，乃至最后對(duì)于集控樓電子設(shè)備分散布置的取消，這一系列措施都能夠在很大的程度上減少對(duì)安裝材料的依賴。但是，如果控制系統(tǒng)沒有進(jìn)行根本的改革，而僅僅是優(yōu)化主廠房的布置，要想實(shí)現(xiàn)安裝材料的用量就非常的困難。

一、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的特點(diǎn)

“安裝在制造過程區(qū)域的控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置間的數(shù)字式與現(xiàn)場(chǎng)裝置的數(shù)據(jù)總線”這是國(guó)際電工委員會(huì)就現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的相關(guān)特點(diǎn)做出的定義解析。

從上面的定義解釋中，我們可以看出，要想實(shí)際達(dá)到開放和互相操作的目的，其不可缺少的條件就是現(xiàn)場(chǎng)總線以及基礎(chǔ)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

二、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)外電廠的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

在歐美的一些發(fā)達(dá)國(guó)家，經(jīng)過多年的試驗(yàn)和實(shí)踐現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)能從一些非常小的范圍運(yùn)用到現(xiàn)在的電廠改造等大規(guī)模下的實(shí)際運(yùn)用，取得了非?？捎^的成績(jī)，成功的案例也非常多，例如：美國(guó)Xcel能源集團(tuán)的Omaha公用事業(yè)的Nebras-ka機(jī)組等。

1確定是否采用現(xiàn)場(chǎng)總線的因素

（1）回路速度必須科學(xué)的控制，如果對(duì)于控制回路速度的要求很快，已經(jīng)超出了控制范圍，在這種情況下就應(yīng)該停止現(xiàn)場(chǎng)總線的使用。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線的運(yùn)用中盡量避免與安全關(guān)系聯(lián)系比較緊密的設(shè)備和信號(hào)。

（3）可以獲得的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

2現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議因素的確定

（1）智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在其中起到了決定性作用。

（2）在沒有特殊情況下，應(yīng)該盡量避免不同現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

（3）能夠獲得更多的設(shè)備診斷信息。

（4）客觀上來說，還能夠獲得更多的設(shè)備診斷信息。

3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)控制邏輯的影響

（1）如果Profibus與MCC之間的連接通訊消失時(shí)，就應(yīng)該考慮其他邏輯。

（2）如果現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備不能夠?qū)崿F(xiàn)與控制器之間正常交流，就應(yīng)該設(shè)置其他邏輯以手動(dòng)切除控制回路的控制。

4電廠工程進(jìn)度與現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)中分量最重的一個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該就算是現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段設(shè)計(jì)，其原因在于網(wǎng)段設(shè)計(jì)完成必須是要以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具體位置的確定。

（2）DCS的邏輯和畫面設(shè)計(jì)可以在網(wǎng)段設(shè)計(jì)完成前進(jìn)行，但是必須是基于數(shù)據(jù)庫(kù)信息建立完畢過后。

5滿足FF總線協(xié)議的智能設(shè)備是否可以采用現(xiàn)場(chǎng)控制

通過實(shí)踐我們可以看出，這種假設(shè)是能夠?qū)崿F(xiàn)的，主要有以下幾個(gè)原因體現(xiàn)：

（1）調(diào)節(jié)閥在一般情況下都比較復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中集成的可能性非常的小。

（2）為了能夠保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠正常的運(yùn)作，所有與控制相關(guān)的過程點(diǎn)都應(yīng)該保證在同一個(gè)網(wǎng)段上，但是這在現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐中是很難實(shí)現(xiàn)的。其根本原因在于總線標(biāo)是FF。

（3）如果要實(shí)際運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)控制，那么就必須將引入1套與所用控制系統(tǒng)的不同算法到控制系統(tǒng)中去。

（4）除了上面提到的三種情況之外，其他情況一般不會(huì)運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)控制，換句話說，能夠?qū)τ陔姀S性能發(fā)揮實(shí)質(zhì)性用處的也就只有上述提到的三種情況。

三、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)的運(yùn)用

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)大量機(jī)組火電廠輔助車間已經(jīng)有了一些非常成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1總線技術(shù)在過火電廠采用的局限性

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，眼下國(guó)內(nèi)主要職能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況主要有以下幾個(gè)方面：

（1）智能變送器。國(guó)內(nèi)主要的智能變送器生產(chǎn)商有Emerson和Honeywell。與進(jìn)口的智能變送器一樣，他們也都是支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的要求。

（2）智能分析儀表。不管是否帶有現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，除氧量分析儀以外，其他基本都來自于進(jìn)口。

（3）溫度測(cè)量?jī)x器。國(guó)產(chǎn)的溫度測(cè)量?jī)x器有一個(gè)非常明顯的特點(diǎn)，那就是都沒有自帶溫度變送器，并且實(shí)際使用中的習(xí)慣也沒有使用溫度變送器的習(xí)慣。這一點(diǎn)，在溫度測(cè)量元件中的表現(xiàn)更加明顯。就目前的發(fā)展形勢(shì)來看，這種現(xiàn)狀要在段時(shí)間內(nèi)有所改變是基本不可能的，從另一方面來說，在溫度測(cè)量部分要實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的難度就非常大。

（4）氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。就目前的實(shí)際情況來看，基本上只有進(jìn)口產(chǎn)品，才支持現(xiàn)場(chǎng)總線的調(diào)節(jié)型氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（5）就目前的實(shí)際情況來看，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本上都與現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議不兼容。

通過這幾點(diǎn)，我們可以看到，就眼下發(fā)展的實(shí)際情況來看，如果要將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)廣泛的運(yùn)用，那么就必須依賴大量的進(jìn)口智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)；這是由于我國(guó)由于客觀因素的限定，關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)相對(duì)都比較落后，還不具備獨(dú)立應(yīng)付的能力。

2國(guó)內(nèi)火電廠應(yīng)用的實(shí)際方案

從前文的解析我們可以看到，當(dāng)前火電廠的控制系統(tǒng)應(yīng)該是FCS和DCS之間的無縫連接，就以智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在國(guó)內(nèi)的使用狀況來看，它更多的是出現(xiàn)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，因?yàn)?，這樣才能夠更加有效的降低工程造價(jià)，此外，對(duì)于電廠管理效率的提升也有很大的促進(jìn)作用。

結(jié)合眼下實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，我國(guó)火電廠應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的方案主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）通過傳統(tǒng)的DCS來控制對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全有影響的系統(tǒng)，對(duì)于與之有一點(diǎn)聯(lián)系的變送器可以采用Hart協(xié)議的變送器來控制；此外，對(duì)于電動(dòng)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則可以通過智能型現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品來控制。

（2）對(duì)于機(jī)組運(yùn)行安全影響不大的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在一般情況下都采用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議智能變送器來控制，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則采用支持現(xiàn)場(chǎng)總線的進(jìn)口有智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（3）除去對(duì)機(jī)組安全系統(tǒng)影響比較大的變送器應(yīng)該采用Hart協(xié)議的變送器外，在沒有特殊情況下，其他單元組的變送器也都基本上使用的是現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議智能變送器。

（4）根據(jù)實(shí)際布置情況的差異，單元機(jī)組的電磁閥也能夠科學(xué)的使用傳統(tǒng)的接線方式接入DCS，進(jìn)而也具備了支持現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的能力。

（5）火電廠的其他輔助車間在沒有特殊情況下，一般都可以運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

3現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍

（1）爐前油系統(tǒng)、鍋爐的制粉系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)以及煙風(fēng)系統(tǒng)等。

（2）汽機(jī)的抽汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)、汽機(jī)本體輸水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高低加疏水系統(tǒng)以及主汽系統(tǒng)等。

（3）發(fā)電機(jī)的水系統(tǒng)、氫系統(tǒng)以及油系統(tǒng)。

（4）與之相關(guān)的所有輔助車間。

結(jié)語(yǔ)

就我國(guó)的實(shí)際運(yùn)用來看，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)際運(yùn)用到火電廠中，還處在初級(jí)的摸索階段，存在很多的問題和局限性。但是，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠很好的降低工程造價(jià)，單就這一點(diǎn)來說，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在國(guó)內(nèi)火電廠大規(guī)模運(yùn)用應(yīng)該說是必然的結(jié)果。隨著技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的技術(shù)勢(shì)必會(huì)在國(guó)內(nèi)電廠中有更加廣泛的運(yùn)用。

[1]赫飛，周現(xiàn)生.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠控制系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.

[2]李子連，張明超.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用意見[J].中國(guó)電力，2013（103）：152-156.

[3]李子連.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表，2013（105）：11-125.

[4]符志強(qiáng).淺談現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用前景[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（22）：148-149.

[5]姚遠(yuǎn).現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在神華羅源灣港電項(xiàng)目中的研究與實(shí)現(xiàn)[D].蘭州理工大學(xué)，2014（102）：39-91.

[6]黃平森，黃真妍.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用探討[A].廣西電機(jī)工程學(xué)會(huì)第七屆青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C]，廣西電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2012（105）：39-93.

[7]畢建惠，王芙蓉.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠機(jī)組控制中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)電力，2013（104）：29-113.

TM621

A