廠用電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)探析

王媛 劉梅利

摘 要：當(dāng)今時(shí)代人們用電需求日益增加，所以電力市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，火電廠的技術(shù)水平不斷改革創(chuàng)新，自動(dòng)化水平不斷提升。當(dāng)前國(guó)內(nèi)一部分大型火電廠技術(shù)已經(jīng)革新進(jìn)入機(jī)組DCS，但是大部分火電廠還是把重點(diǎn)放在機(jī)爐的控制上，所以電氣自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展緩慢。

關(guān)鍵詞：火電廠；廠用電；關(guān)鍵核心技術(shù)；發(fā)展

當(dāng)今時(shí)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，但是如果把以太網(wǎng)的運(yùn)行模式應(yīng)用在廠用電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，則可以使火電廠的工作效率大大提高，還能相應(yīng)減少事故的發(fā)生，給高危作業(yè)提供安全保障，促進(jìn)系統(tǒng)良好的運(yùn)作。所以為此提出了火電廠廠用電自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及其關(guān)鍵技術(shù)。

1.火電廠廠用電自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路

使廠內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備之間互相聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理目標(biāo)。各種通訊手段以及SIS和DCS之間資料的互相交換，形成廠用電自動(dòng)化綜合系統(tǒng)。這種方法可以對(duì)出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤詳細(xì)地整合和確定，有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行和節(jié)省成本，這類方法可以更加準(zhǔn)確地提供信息，從而提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用能力。但在實(shí)施時(shí)也應(yīng)該遵守一些原則：實(shí)用性與持久性原則、分層次分布和實(shí)際應(yīng)用原則、便捷與安全原則。此系統(tǒng)的具體功能取決于火電廠內(nèi)機(jī)組規(guī)模大小、一次設(shè)備配備情況以及機(jī)組的具體作用和地位等。廠用電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能需求可以分成下述三個(gè)方面：

（1）控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)對(duì)于火力發(fā)電廠而言是核心控制系統(tǒng)。需要專業(yè)的人員來負(fù)責(zé)，要對(duì)廠用電自動(dòng)化系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行跟蹤檢測(cè)和運(yùn)行控制。對(duì)于系統(tǒng)出現(xiàn)的各種情況要進(jìn)行跟蹤記錄并定期進(jìn)行整理，在遇到故障時(shí)還需要測(cè)量，然后定期對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，并對(duì)其中的問題進(jìn)行總結(jié)，及時(shí)排除這些問題所造成的安全隱患等等。

（2）保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)顧名思義就是對(duì)整個(gè)完整系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，展開說來就是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)機(jī)器進(jìn)行保護(hù)，對(duì)電廠內(nèi)的諸多線路實(shí)行有效的保護(hù)，對(duì)廠的各種設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)。

（3）運(yùn)行支持系統(tǒng)。運(yùn)行支持系統(tǒng)就是針對(duì)設(shè)備而言的，主要任務(wù)是對(duì)廠內(nèi)的各種設(shè)備進(jìn)行定期整修與保養(yǎng)，而且對(duì)于一些可能發(fā)生的緊急情況可以及時(shí)進(jìn)行修復(fù)等等。

所有廠用電系統(tǒng)的功能都會(huì)隨著之前系統(tǒng)的運(yùn)行歷史、成本以及性能需求的不同而變動(dòng)，不過都必須要滿足下述要求：其一，保護(hù)系統(tǒng)可以在出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到故障發(fā)生未知，并關(guān)閉有關(guān)的設(shè)備開關(guān)，防止其他設(shè)備因此受到影響；其二，全面的收集和整理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⑵浒l(fā)送到DCS和后臺(tái)，從而充分滿足控制中心對(duì)系統(tǒng)整體的操作、調(diào)控和監(jiān)察功能要求；其三，及時(shí)檢修設(shè)備并收集相關(guān)資料，提高其使用壽命。

2.廠用電自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)

火電廠的日常工作環(huán)境為高壓狀態(tài)，工作危險(xiǎn)性比較高，環(huán)境也很惡劣，磁場(chǎng)干擾非常大，因此通信網(wǎng)的作用十分重要，其性能好壞，將直接影響通信效率。通信管理層連接了站控層和間隔層，這與最開始的設(shè)計(jì)方案中雙冗余設(shè)計(jì)理念正好是相反的。這個(gè)系統(tǒng)可以自發(fā)的改變自身系統(tǒng)，尤其是在出現(xiàn)問題時(shí)，可以自由切換系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。如今以太網(wǎng)的應(yīng)用十分的廣泛和普及，尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)更大，其傳輸效率、高容量和低成本等優(yōu)勢(shì)都較普通的以太網(wǎng)更加適用于工業(yè)發(fā)展，不僅如此，工業(yè)以太網(wǎng)的開放性也十分適用于工業(yè)。其中，一種利用嵌入式硬軟件系統(tǒng)，在單片機(jī)系統(tǒng)中獲得實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)模式即為嵌入式以太網(wǎng)，此種以太網(wǎng)為廠用電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。把嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)設(shè)備中，可以有效提高通信網(wǎng)絡(luò)的及時(shí)性、穩(wěn)定性和開放性，從而促使廠用電系統(tǒng)能夠達(dá)成無縫性通信的目的。

2.2 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和DCS系統(tǒng)連接的技術(shù)

以往，電氣量都是采取硬接線方式來連接DCS的，也就是把電氣的模擬量與開關(guān)量的信號(hào)通過電纜硬接線實(shí)行一對(duì)一連接，將其接入I/O通道。這和最初的RTU+變送器的方式是一樣的，但是兩者之間也有著很大的不同，這種接線方式與最初的方式相比，最大的不同點(diǎn)就是前者成本高昂，這直接導(dǎo)致了其應(yīng)用推廣受限，而且前者的技術(shù)相較后者更為復(fù)雜，拓展能力也很弱，這與工廠的要求截然相反。在此系統(tǒng)中可以和DCS進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)方式是可以采取多種方式進(jìn)行的：第一種方式就是利用通信管理機(jī)，這個(gè)設(shè)備有很多獨(dú)立的設(shè)備，彼此之間互不連接，但是每個(gè)單獨(dú)的設(shè)備都可以與DCS展開聯(lián)系接口，而每個(gè)接口又可以通過總線與通信管理機(jī)相連，所以每個(gè)設(shè)備都是獨(dú)立的，所有通信管理機(jī)都能夠提供同DCS進(jìn)行連接的通信接口，用該方法進(jìn)行連接更加地簡(jiǎn)單高效，更加容易實(shí)現(xiàn)連接。并且借助網(wǎng)關(guān)與DCS聯(lián)網(wǎng)，其通過網(wǎng)橋與DCS和ECMS的以太網(wǎng)互相連接，互相傳輸數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)，最大的優(yōu)點(diǎn)便是不受數(shù)據(jù)量的限制，可以自由設(shè)置。

2.3 通信中間件技術(shù)

在分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各個(gè)應(yīng)用之間的節(jié)點(diǎn)分布是大相徑庭的，它們之間的物理位置并不固定，通信方法也各有不同之處，彼此間通信的方式也存在差異。以Socket為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的通信中間件，其功能更加強(qiáng)大，可以根據(jù)名字來定位應(yīng)用模塊，這種方式可以讓網(wǎng)絡(luò)通信更加透明化，并且可以屏蔽最底層的數(shù)據(jù)通信。而且該通信中間件的優(yōu)點(diǎn)也有很多，例如，運(yùn)行靈活，不受節(jié)點(diǎn)的控制，既可以安裝在一臺(tái)節(jié)點(diǎn)機(jī)內(nèi)，也可以集中安裝在許多節(jié)點(diǎn)機(jī)內(nèi)。而且這種方法使得應(yīng)用模塊在插上后可以立即使用，直接運(yùn)行主輔設(shè)備。

2.4 自動(dòng)化系統(tǒng)處理技術(shù)

很多并發(fā)任務(wù)需要實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理這些數(shù)據(jù)通常有兩種方式：其一，多進(jìn)程處理方式。簡(jiǎn)而言之，也就是自動(dòng)化系統(tǒng)可以作為單獨(dú)的程序來進(jìn)行處理工作。這樣一來各個(gè)模塊之間的獨(dú)立工作能力比較強(qiáng)，進(jìn)行維護(hù)工作十分便利；但是也有一定缺點(diǎn)，各個(gè)模塊在進(jìn)行彼此交互之時(shí)，有可能會(huì)穿越進(jìn)程便捷，導(dǎo)致通信耗資較大；其二，多線程處理方式。此種模式下可將不同模塊分別看成一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)為各個(gè)模塊互相通信屬于進(jìn)程內(nèi)通信，所以在通信方面的耗資不大，缺點(diǎn)是各個(gè)模塊之間的耦合性很強(qiáng)。此系統(tǒng)多任務(wù)處理數(shù)據(jù)的核心為多線程，所有模塊之中都會(huì)有一個(gè)或是多個(gè)線程，可以讓不同模塊間的耦合有所降低。

2.5實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主動(dòng)推送技術(shù)

當(dāng)通信管理機(jī)只能從設(shè)備終端處及時(shí)收集到相關(guān)數(shù)據(jù)之后，再利用通信規(guī)約把數(shù)據(jù)傳輸至主站系統(tǒng)內(nèi)的通信前置模塊，此模塊在接受規(guī)約分析和數(shù)據(jù)初步處理之后，然后把數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳輸?shù)綄?shí)時(shí)處理模塊。數(shù)據(jù)要想從實(shí)時(shí)處理模塊前往人機(jī)界面，只能通過以下兩種方式：其一，需要人機(jī)界面程序在固定周期內(nèi)主動(dòng)地從實(shí)時(shí)處理模塊中讀取解析畫面內(nèi)的全部數(shù)據(jù)，又稱為“拉數(shù)據(jù)”；其二，需要實(shí)時(shí)處理模塊主動(dòng)把變化數(shù)據(jù)輸送至人機(jī)界面，又稱為“推數(shù)據(jù)”。上面的兩種數(shù)據(jù)傳送方法之中，前者是以監(jiān)控功能為主的系統(tǒng)常用的方法，因?yàn)椴还軐?shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)有否出現(xiàn)變化，每當(dāng)按照固定周期解析數(shù)據(jù)時(shí)，效率都不高，數(shù)據(jù)更新不及時(shí)。而 “推數(shù)據(jù)”法因?yàn)槟軌蚣皶r(shí)的推動(dòng)變化數(shù)據(jù)，不僅效率較高，而且很少出現(xiàn)延時(shí)問題。

3.結(jié)束語

綜上，火力發(fā)電的廠用電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)有著十分特殊的意義，不僅需要火電廠對(duì)此系統(tǒng)不斷進(jìn)行更正，跟隨現(xiàn)代化的腳步不斷地更新設(shè)備，及時(shí)維護(hù)設(shè)備，排除安全隱患，更需要發(fā)展其關(guān)鍵技術(shù)，從而真正地發(fā)揮這一系統(tǒng)的作用，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，使得火電廠工作效率不斷提高，減少事故的發(fā)生，提高安全性，真正的促進(jìn)火電廠的發(fā)展。

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[3] 葉桂梅.芻議廠用電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013.

（作者單位：1陜西超越電力科技有限責(zé)任公司；

2陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)股份有限公司）