電力線式現(xiàn)場總線在燃煤電站輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用

（山東電力建設(shè)第三工程有限公司，山東青島 266100）

0 引言

近年來，輸煤程控的方式趨于多元化，一改之前單一PLC控制方案或采用全廠統(tǒng)一DCS硬件，通過硬件統(tǒng)一，節(jié)省運(yùn)行維護(hù)成本或采用各類總線技術(shù)如：Profibus，節(jié)省電纜材料及安裝成本。由于要兼顧控制系統(tǒng)對輸煤系統(tǒng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境的要求，控制系統(tǒng)一般布置在溫度、濕度適宜的空調(diào)房間，因此不可避免地增加了大量的電纜敷設(shè)工作。常規(guī)總線技術(shù)雖然減少了電纜的敷設(shè)量，但動(dòng)力電纜對總線電纜的電磁干擾會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)通訊不穩(wěn)定，輸煤系統(tǒng)程控運(yùn)行不可靠的現(xiàn)象，同時(shí)常規(guī)總線技術(shù)就地控制箱和一次元器件不能適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境影響。

電力線式總線技術(shù)充分考慮了輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、電磁干擾、成本控制、系統(tǒng)擴(kuò)展、傳輸距離、防雷接地等關(guān)鍵因素，目前已經(jīng)開發(fā)出了適應(yīng)輸煤惡劣運(yùn)行環(huán)境的就地控制箱，且在國內(nèi)外電廠有很多應(yīng)用，具有一定的市場推廣意義。

1 項(xiàng)目輸煤系統(tǒng)及程控系統(tǒng)介紹

我公司海外某2×660MW燃煤電站輸煤控制系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)，即儲(chǔ)煤系統(tǒng)、運(yùn)煤系統(tǒng)、煤倉間配煤系統(tǒng)。儲(chǔ)煤系統(tǒng)設(shè)二座條形斗輪機(jī)煤場，每個(gè)煤場各設(shè)1臺(tái)斗輪堆取料機(jī)，推煤機(jī)作為平整煤場的輔助設(shè)備。運(yùn)煤系統(tǒng)采用懸臂斗輪堆取料機(jī)及皮帶機(jī)，從本期煤場至煤倉間。煤倉間配煤系統(tǒng)的配煤設(shè)備采用電動(dòng)雙側(cè)犁式卸料器。

本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)15個(gè)主控單元，每個(gè)單元采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，主控單元通過普通VV電纜連接就地智能控制箱、分控裝置、智能儀表以及智能皮帶保護(hù)，無需從就地敷設(shè)電纜到電子間。

2 技術(shù)原理

電力線式總線技術(shù)以VV、KVV等普通電纜作為現(xiàn)場總線信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，把現(xiàn)場總線技術(shù)與低壓電力線載波技術(shù)相融合，突破了其它總線技術(shù)必須采用雙絞線或同軸電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)南拗疲畲笙薅鹊胤奖懔斯こ叹€纜布線及現(xiàn)場應(yīng)用，該技術(shù)具備以下特點(diǎn)：

（1）配套提供現(xiàn)場總線設(shè)備自帶CPU、EPROM、RAM、I/O等電路，可獨(dú)立編制、執(zhí)行控制邏輯，可通過電力線總線電纜隨時(shí)在線更新程序采用總線技術(shù)。

（2）總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為自由拓?fù)洌總€(gè)總線組上掛接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量可達(dá)120個(gè)，單一總線組的通訊距離理論值可達(dá)30km。

（3）總線設(shè)備的供電和通訊同時(shí)通過同一電纜實(shí)現(xiàn)，供電電壓可為AC220V、DC220、DC24V等各種電壓等級(jí)。

（4）采用普通VV或KVV電纜代替雙絞線，作為現(xiàn)場總線的傳輸介質(zhì)，對電纜和電纜施工工藝的要求低，解決了其他總線技術(shù)存在的強(qiáng)電及電磁干擾問題。

（5）對輸煤系統(tǒng)皮帶保護(hù)設(shè)備，該控制系統(tǒng)提出了皮帶跑偏、拉繩開關(guān)定位系統(tǒng)的概念，并開發(fā)出相應(yīng)的產(chǎn)品，提升了輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

（6）針對火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)應(yīng)用的惡劣環(huán)境，該系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)就地控制箱達(dá)到了IP67防護(hù)等級(jí)，可以有力支持該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 與同類技術(shù)主要技術(shù)指標(biāo)比對情況

該現(xiàn)場總線技術(shù)相對于DCS、PLC等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

3.1 極強(qiáng)的系統(tǒng)抗干擾能力

電力線式現(xiàn)場總線技術(shù)內(nèi)嵌了低壓電力線載波技術(shù)，控制信號(hào)的傳輸基于高頻調(diào)制方式，區(qū)別于一般意義上雙絞線系統(tǒng)所采用的基帶傳輸，只有與載波信號(hào)頻率相同的噪聲源才有可能對本系統(tǒng)造成影響。

3.2 方便靈活快捷的現(xiàn)場安裝接線

國際上常見的現(xiàn)場總線形式對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線線纜選型、設(shè)備接插件等都有極嚴(yán)格的限制和要求，從而極大的制約了現(xiàn)場總線技術(shù)在工程上的應(yīng)用。而電力線式現(xiàn)場總線技術(shù)，對總線電纜的選型無特殊要求，對總線電纜相關(guān)的接插件也無特殊要求，現(xiàn)場施工過程中可任意采用各種方法和連接件均可。

3.3 自由的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

自由的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也是本現(xiàn)場總線區(qū)別于其他現(xiàn)場總線技術(shù)的一大特點(diǎn)。在工程應(yīng)用中，只需要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備布置的情況，將各現(xiàn)場總線設(shè)備用導(dǎo)線連通即可，如星形、總線形、樹形、環(huán)形等，各種形式均可。對電力系統(tǒng)來說，出于對系統(tǒng)安全性的考慮，要求整個(gè)控制系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)冗余，便可采用環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，此點(diǎn)是Profibus DP、Profibus FA 等技術(shù)做不到的。

3.4 兩芯無極性的系統(tǒng)接線

對總線電纜，只需要兩個(gè)導(dǎo)電芯即可實(shí)現(xiàn)通訊，此兩芯屬無極性連接，極大地方便了現(xiàn)場總線電纜的接線。

3.5 各現(xiàn)場總線模塊之間的對等通訊

電力線式現(xiàn)場總線技術(shù)，各主、分控模塊之間既可以采用主、從方式通訊，也可以采用對等方式通訊，從而使得該系統(tǒng)支持真正意義上的分布式邏輯解算和處理功能，各設(shè)備之間的通訊效率最高。

3.6 分散的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，更高的系統(tǒng)安全性

由于該現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均帶CPU處理能力，為一個(gè)完整的獨(dú)立的可執(zhí)行系統(tǒng)，系統(tǒng)中的任兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以直接通訊。因此用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)支持真正意義上的分布式邏輯解算和處理功能，區(qū)別于其它現(xiàn)場總線技術(shù)的集中式結(jié)構(gòu)。

3.7 面向?qū)ο蟮漠a(chǎn)品開發(fā)，專業(yè)級(jí)的控制設(shè)備

電力線式現(xiàn)場總線控制裝置，遵循面向?qū)ο蟮漠a(chǎn)品開發(fā)思路，每一個(gè)產(chǎn)品都是針對具體被控對象開發(fā)的專業(yè)級(jí)控制設(shè)備。

3.8 低的現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)人員技術(shù)門檻

電力線式總線系統(tǒng)工程應(yīng)用的簡單性，采用此技術(shù)開發(fā)的裝置具有極高的智能化水平，使得在具體的工程應(yīng)用中對現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)的人員無專業(yè)資質(zhì)要求，技術(shù)門檻較低，降低了最終用戶的技術(shù)培訓(xùn)費(fèi)用。

3.9 無限可擴(kuò)充的控制系統(tǒng)CPU處理能力

由于該總線系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均帶CPU處理能力，在控制系統(tǒng)擴(kuò)建過程中，多一個(gè)被控對象，只需增加一個(gè)總線節(jié)點(diǎn)，從而系統(tǒng)的CPU能力也就得以擴(kuò)充。

3.10 系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性與總線系統(tǒng)的規(guī)模大小無關(guān)

常規(guī)現(xiàn)場總線技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)CPU在執(zhí)行系統(tǒng)控制邏輯，CPU對現(xiàn)場所有的總線設(shè)備均采取查詢掃描的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，在CPU的每一次掃描周期內(nèi)要求對所有的總線設(shè)備查詢一遍，由于可認(rèn)為CPU掃描一個(gè)總線設(shè)備所需的時(shí)間是固定的，從而控制系統(tǒng)的響應(yīng)實(shí)時(shí)性與總線系統(tǒng)的規(guī)模密切相關(guān)。

3.11 單一網(wǎng)段上所掛接現(xiàn)場總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量的無限性

采用電力線現(xiàn)場總線技術(shù)，單一網(wǎng)段上所掛接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量只受軟件編址能力的限制，而無其它約束。單一網(wǎng)段上的理論節(jié)點(diǎn)數(shù)量可達(dá)127個(gè)，實(shí)際應(yīng)用中按不大于64個(gè)考慮，一個(gè)系統(tǒng)又可掛128個(gè)網(wǎng)段。對具體的工程來說，可以認(rèn)為是無限的。

3.12 總線通訊距離的無限性

當(dāng)采用電力線作為傳輸介質(zhì)時(shí)，單一網(wǎng)段的理論距離為30km；當(dāng)采用雙絞線傳輸介質(zhì)時(shí)，單一網(wǎng)段的理論距離為2700m。由于工程實(shí)際應(yīng)用中，很少出現(xiàn)如此大的系統(tǒng)，因此在工程設(shè)計(jì)時(shí)可以認(rèn)為總線距離是無限的，無需校核。

4 節(jié)能減排及經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)多個(gè)工程案例，采用該技術(shù)，控制電纜用量可縮減到常規(guī)PLC/DCS方案的約1/10。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，在2×660MW燃煤項(xiàng)目輸煤控制系統(tǒng)中，控制電纜可節(jié)省約60km，施工工期可縮短約2.5個(gè)月，節(jié)約工程投資約400萬人民幣。

5 推廣應(yīng)用情況及前景

該技術(shù)突破了常規(guī)控制技術(shù)對運(yùn)行環(huán)境的高要求，具有較強(qiáng)的抗干擾性，幾乎不受限制遠(yuǎn)距離的通訊能力，良好的擴(kuò)展能力，初期投資節(jié)約明顯，在國內(nèi)電站上已有成熟的應(yīng)用業(yè)績，具備國外市場的推廣價(jià)值。