現(xiàn)場總線技術與水電自動化

摘 要：在水電自動化中應用現(xiàn)場總線技術，能夠真正全分散、全分布監(jiān)控系統(tǒng)，將水電站自動化中所存在的問題進行徹底解決，促進水電計算機監(jiān)控系統(tǒng)能夠變得更加先進。文章首先闡述了現(xiàn)場總線的優(yōu)點及水電廠自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀，其次，就現(xiàn)場總線技術在水電自動化中的應用進行了深入的探討，具有一定的參考價值。

關鍵詞：現(xiàn)場總線技術；水電自動化；控制系統(tǒng)

前言

現(xiàn)場總線技術最早是出現(xiàn)在化學工業(yè)、石油工業(yè)中，而后再開始逐步傳播到其他工業(yè)。現(xiàn)場總線技術具有軟件技術、微處理器技術、網(wǎng)絡技術等多專業(yè)的特點，能夠解決設備與更上一級控制系統(tǒng)之間的通訊，以及設備與設備之間的通訊，還能夠實現(xiàn)設備之間的智能化。工業(yè)傳統(tǒng)采用的分散式控制系統(tǒng)能夠被現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)所代替。在水電自動化中應用現(xiàn)場總線技術，能夠真正全分散、全分布監(jiān)控系統(tǒng)，將水電站自動化中所存在的問題進行徹底解決，促進水電計算機監(jiān)控系統(tǒng)能夠變得更加先進。

1 現(xiàn)場總線的優(yōu)點

1.1 提高了系統(tǒng)的可靠性和準確性

由于現(xiàn)場總線設備具有數(shù)字化、智能化的特點，能夠使得控制與測量的準確度能夠在根本上得以提高；同時，由于系統(tǒng)結構簡單化，有效地降低了信號的往返運輸量，加強了現(xiàn)場儀表內部功能，減少了連線與設備，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性。

1.2 高度分散性

智能現(xiàn)場設備可以在現(xiàn)場設備中置入各輸入輸出模塊、控制模塊，并且現(xiàn)場設備也具有較強的通信功能，現(xiàn)場執(zhí)行機構能夠與測量變換儀表一起對信號進行直接傳送。所以，控制系統(tǒng)功能能夠在現(xiàn)場直接完成，可以完全不依賴控制室的控制儀表或者計算機，從而分散控制能夠徹底實現(xiàn)。

1.3 節(jié)省安裝費用與投資

由于智能設備可對許多功能進行直接執(zhí)行，且分散在現(xiàn)場，能夠使得DCS中的功能單元和變送器的數(shù)量減少，使得硬件投資能夠得到較大程度的節(jié)約。另外，由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線較為簡便，只需要一條電纜，或者一對雙絞線即可將多個設備進行掛接，大大降低了接頭校對和連線設計的工作量，使得安裝費用也得以降低。

1.4 互操作性和開放性

互操作性包括兩層含義，分別是可互操作性和可互換性，可互操作性是指能夠在多廠家的環(huán)境中完成設備功能的測試，也能夠讓不同廠家設備相互通訊；可互換性是指同一功能的同類設備能夠與不同廠家的設備在功能上進行互換。

2 水電廠自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 集中式監(jiān)控系統(tǒng)

集中式監(jiān)控系統(tǒng)目前仍然還在一些機組臺數(shù)較少的中型水電廠和小型水電廠中應用，系統(tǒng)功能過于集中是其缺點，節(jié)省投資是其優(yōu)點，若某個單功能計算機出現(xiàn)故障，那么整個集中式監(jiān)控系統(tǒng)就會出現(xiàn)癱瘓。

2.2 分散式監(jiān)控系統(tǒng)

分散式監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征就是功能分散，雖然比集中式監(jiān)控系統(tǒng)更先進點，但是仍然沒有對系統(tǒng)功能過于集中進行根本性解決。若某個單功能計算機出現(xiàn)故障，那么整個集中式監(jiān)控系統(tǒng)就會出現(xiàn)癱瘓。

2.3 集散式監(jiān)控系統(tǒng)DCS（分布式監(jiān)控系統(tǒng)）

控制對象分散是分布式監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征，就水電廠而言，閘門、開關站、水輪發(fā)電機組等為主要的控制對象，集散式監(jiān)控系統(tǒng)DCS（分布式監(jiān)控系統(tǒng)）有效地將分散式監(jiān)控系統(tǒng)的缺點進行克服。集散式監(jiān)控系統(tǒng)DCS（分布式監(jiān)控系統(tǒng)）目前正在應用在國內的大中型水電廠中。

3 現(xiàn)場總線技術在水電自動化中的應用

3.1 現(xiàn)場總線在變電站中應用的合理性

目前我國已經(jīng)有多種變電站綜合自動化模式，無論是分布式模式，還是集中式模式，效果都較好。基于通訊方式和網(wǎng)絡及而言，可分為并口、串口通訊方式和局域網(wǎng)，但是值得注意的是，這兩種方式都存在著一定的不足。若采用串口及并口通訊方式，存在著適時性差、可靠性低、誤碼率高、傳輸速率低等問題，同時也存在著一定的電磁干擾；若采用局域網(wǎng)，存在著變電站信息較少、電磁干擾嚴重的問題，雖然其傳輸速率高，但問題依然較為嚴重。而變電站如采用現(xiàn)場總線，則效果較佳。一方面，目前已經(jīng)智能化變電站的各電量儀表，完全能夠滿足現(xiàn)場總線和數(shù)字通訊的要求；另外一方面，通過現(xiàn)場總線技術，能夠節(jié)省大量的抗干擾投資和二次電纜投資，可以較方便地來組成各類適時局域網(wǎng)。由此可見，現(xiàn)場總線在變電站中應用效果較佳，能夠真正地實現(xiàn)分布式開放型監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 現(xiàn)場總線在泄洪閘門監(jiān)控中應用的可行性

絕大多數(shù)大型水電站的泄洪閘門都會設置相應的LCU來進行監(jiān)控。大壩泄洪門的特點是距離長、數(shù)量多，若采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)分布智能化控制，也能夠對通信電纜予以簡化。閘門過載保護和開度指標儀是最重要的閘門控制自動化儀表，目前該類儀表都已經(jīng)全部實現(xiàn)數(shù)字化，可以對現(xiàn)場總線的要求進行適應，能夠實現(xiàn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和智能化控制。

3.3 現(xiàn)場總線在輔機中的應用討論

調速器和勵磁都能夠較好地實現(xiàn)現(xiàn)場總線的控制。從目前來看，調速器和勵磁已經(jīng)具備適應現(xiàn)場總線和數(shù)字化通信的要求，這是由于調速器和勵磁基本已經(jīng)完全實現(xiàn)微機智能化，目前水電廠很多輔機自動化元件及儀表的核心部件都是CPU，很容易實現(xiàn)數(shù)字化通信和智能化通信。由此可見，現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)應用到輔機中是切實可行的。

參考文獻

[1]肖賓，穆青.現(xiàn)場總線技術與水電自動化[J].水電廠自動化，2001（02）：120-123.

[2]李其光，孫保倫，王魯燕.現(xiàn)場總線技術在區(qū)域防洪調度中應用探討[J].山東水利，2004（10）：110-114.

[3]司紀剛，蔡維由，葛立福.現(xiàn)場總線及其在水電廠中的應用[J].河北水利水電技術，2001（01）：154-156.

[4]謝創(chuàng)樹.現(xiàn)場總線技術在水利水電工程中的應用[J].人民珠江，2002（03）：100-103.

[5]金黔軍.現(xiàn)場總線技術在華能玉環(huán)電廠輔助生產系統(tǒng)中的應用研究[J].發(fā)電設備，2004（S1）：120-123.