現場總線技術在數字化電廠控制系統設計中的應用研究

王鑫

摘要：這些年以來，人們越來越關注數字電廠的建設，數字電廠指的就是在電廠當中，通過數字化信息的管理來控制整個電廠的生產，并且通過數字網絡技術對信息進行傳遞，實現實時數據共享。另外，依照數字化系統技術來對生產管理進行決策，使其最優化，讓電力生產的可靠性和安全性大大提升，將運營成本控制在最低范圍內，讓現代企業的發展和改革得以實現。本文對現場總線技術在數字化電廠控制系統設計中的應用研究進行分析，以供參考。

關鍵詞：現場總線技術；數字化電廠；應用模式

1 現場總線控制系統的概述

1.1 現場總線系統的綜合特點

國際電工與委員會定義電廠總線控制系統的標準是可以在制造和生產的時候進行現場安裝設置，對自控裝置進行控制的多點、雙向、數字通信數據總線，被稱為現場總線。它可以和現場智能設備共同完成控制工作，稱為現場總線控制系統。現場總線控制系統可以有效控制安裝費用和成本，性價比很高，連接附件和導線數量很少。大幅度減少了原來的控制電纜和電纜橋架、接線端子等，讓各環節的費用都大大降低，對維護和改造的成本時間等進行了很好的控制，將原來繁瑣的布線圖、原理圖設計逐步簡化，并且在安裝過程中更為簡便快捷，故障診斷系統也讓系統的維護工作總量和系統調試量大大降低。

1.2 現場總線技術在數字化電廠的優勢

現場總線技術的優勢很多，主要在以下幾點，首先是互聯結構開放現場總線技術將原來的分散控制系統繁瑣的結構改變了，通過專業化通信網絡的設置使互聯結構日趨開放，并且進行了標準化和公開化的配置，只需要直接進行基礎設備的添加就可以在最便捷的位置連入到現場總線當中。其次，具有交互操作性，現場總線系統當中，用戶可以依照自己的需求對廠家品牌進行選擇，只要這些品牌的產品能夠達到現場總線的相關標準和規范，經過測試之后，就能連入到現場總線當中，并且不同產品之間可以進行相互操作和控制。第三，數字化水平較高，現場總線運營的時候，通過數字化傳播的形式避免數模轉換和模數轉換，傳輸效率大大提高，信息量也逐步增大，而且數字化傳輸技術具有很強的抗干擾能力，避免出現較大的誤差，讓系統的穩定性和可靠性大大增加，另外是智能化現場總線設備的智能化水平較高，可以進行工程量數值處理、補充計算、傳感測量等，讓整個系統的控制周期大大縮短，與此同時，還可以遠程維護某些現場設備，將發現系統處發生的故障和問題處理掉，讓系統的可靠性大大提升，最后成本較低，在信號控制的過程中，由于原先的大量控制電纜逐步縮短為單根電纜，讓分散控制系統的電纜總數和i/o卡件進一步減小，讓安裝調試時間大大縮短，很好的控制了成本。

1.3 常用的幾種現場總線

國際電工委員會進行了十幾種規格現場總線的設定，在實際操作過程中，pf現場總線和ff現場總線的應用最為廣泛，ff的現場總線可以有效控制連續量，pf的離散量控制優越性也很強，在連續量控制的過程中應用也十分廣泛。

2 數字化電廠的技術要點

2.1 分散控制系統

在電廠控制中，對于分散控制系統的運用越來越純熟，在組態配置和設計理念方面逐步完善分散控制系統，主要是以微處理器為控制中心，通過相關的方法，對整個操作的過程進行分散式顯示，利用兼容和集中的設計原則，對儀表的系統進行控制，在過程控制過程中，以通信網絡為主要基礎，對計算機技術、控制技術、顯示技術、通信技術等進行融合，基本思想是進行集中操作，分散控制，分級管理，分散控制系統的控制能力很強，而且操作比較簡單。在中型發電廠的發電機組控制系統當中，應用非常廣泛，比如說監控鍋爐、監控管理汽輪機組的電液等，作用十分明顯。伴隨當前科學系與技術發展的速度進一步加快，現場總線的應用也越來越廣泛，相關技術人員也在不斷對分散控制技術的要點進行融合，并且增強其優勢，改善儀表管理運行過程中出現的問題。

2.2 現場總線控制系統

現在我國的火電機組逐步開始進行數字化，然而在現場相關設備方面沒有完全達到數字化水平，所以在現場總線技術使用的過程中需要全面推行信息化，加強設備的數字化水平可以讓數字化電廠運行的過程中經濟效益最大化，一般的分散控制系統通過一種數字信號管理模式，混合了開關量和模擬量。在使用的過程中，往往只具有單向性，無法達到數字化電廠的要求，在現場總線技術的應用和推廣過程中，需要加強現場設備的數字化水平，現場設備的智能化能夠將狀態信息通過現場總線技術傳遞出來，為電廠全面數字化提供了基礎，與此同時現場總線技術可以讓智能設備相關儀表的發展速度進一步加快，讓可編程邏輯控制器和傳統分散控制系統進行有機結合，并且現場總線技術可以對傳統技術當中的各個缺陷進行有效彌補，在構建數字化電廠當中作用非常明顯，可以讓數字化電廠逐步向系統化、專業化方向發展。

3 數字化電廠現場總線技術的實際應用

3.1 機組主控系統分析

數字化電廠當中，現場總線技術的應用包含了機組主控系統，機組主控系統可以確保整個機組處于安全運行的狀態，所以保護系統一般情況下使用常規方式。這種方式比較成熟化，不會將其納入到現場總線系統當中。熱工主要保護信號，一般情況下采用保留硬接線，比如說汽車數字電液的控制、鍋爐安全監視系統、汽輪機緊急跳閘系統等。在氣動閥門中的應用，一般情況下通過常規方式接入。在一些調節回路中，調節型的執行機構可以將其接入到總線系統當中，在數字化電廠當中某些重要的回路或者環節，比如說引風機，給水等，一般情況下通過常規的硬接線模式進行，而一些不重要的系統，比如說開關、新閥門等需要接入到現場總線當中，現場總線技術的變送器和智能儀表系統以總線方式接入。溫度信號往往通過遠程I/O的方式對其進行接入，液位表＼溫度表＼壓力表等一般情況下不接入到現場總線當中。

3.2 電氣監控系統分析

分散控制系統當中，電氣設備型號一般情況下通過硬接線的方式進行連接。在此過程中，需要控制電纜并且需要使用到很多電氣模擬量變送器，這種條件下信號采集方式會大大限制其功能。數字化電廠建設的過程中，如果沒有辦法實時傳送電氣設備信息，就會造成電廠設備故障分析和診斷的能力不強.。數字化電廠的高級技術和設備管理等也會受到一定的限制，因此現場總線技術設計的過程中一定要關注電氣監控管理系統，這套系統在現場總線技術的的條件下連接單獨工作的繼電保護系統和測控裝置，并且利用電廠的智能管理設備對完整準確的信息進行接收，把控制方式逐步變成具有自動抄表設備、故障診斷等高級技術方面發展。數字化電廠技術還能夠監控管理常用系統。

結束語

現場總線是數字化技術的大幅度提升，在本質上是數字通信技術和傳統信號的有機結合，對自動控制系統和智能現場設備進行很好的連接。現場總線控制技術的各項功能簡易高效，而且節約了裝配和使用過程中的大量費用，技術安全度較高。現場總線控制系統具有多項優勢，能夠支持多節點、雙向的通信數據，而且安全可靠，開放性高，現場總線控制技術能夠通過PLC系統和DCS進行控制，給電廠控制工作提供了很大的便利。

參考文獻：

[1]趙新成，伏軍軍，蘆明珠.現場總線系統在火電廠的應用探討[J].中國電力，2017，v.50；No.57902：113-116+127

[2]張學孟，劉智銘.數字化電廠建設的關鍵技術及發展[J].廣東電力，2012，09（12）.

[3]馬玉敏.現場總線技術在火電廠的應用[J].華電技術，2010，05（25）.

[4]馬獻果，曹奇英，焦陽.現場總線技術的應用及發展[J].石油化工建設，2010，06（20）.