火電廠DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表無線通訊

劉帥

摘要 電力是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，而火力發(fā)電是我國的主要發(fā)電方式。目前，絕大部分火電廠使用DCS控制系統(tǒng)，在控制過程中通過電纜與現(xiàn)場儀表連接，實(shí)現(xiàn)各類信號的傳輸。雖然在使用過程中比較穩(wěn)定，但也存在一些缺點(diǎn)，如：電纜敷設(shè)需要花費(fèi)大量的人力、財(cái)力;對于一些老廠，電纜長時(shí)間使用后出現(xiàn)絕緣不合格或銅線氧化等問題，造成設(shè)備誤動(dòng)或信號傳輸錯(cuò)誤。隨著無線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊將應(yīng)用而生，解決有線通訊存在的一些缺陷，更好的保證發(fā)電機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過有線通訊系統(tǒng)在實(shí)際使用的缺陷和事故案例，突出無線通訊的諸多優(yōu)點(diǎn);同時(shí)提出了實(shí)現(xiàn)無線通訊的方案。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場儀表;無線通訊;DCS系統(tǒng)

0.引言

DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表實(shí)現(xiàn)無線通訊，可以完全避免因?yàn)殡娎|故障發(fā)生的各類事故。在實(shí)現(xiàn)無線通訊過程中，現(xiàn)場儀表的選擇、無線通訊協(xié)議的選擇、DCS系統(tǒng)無線I/0模塊將成為關(guān)鍵。

1.DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表無線通訊與有線通訊的對比

下面結(jié)合在日常工作經(jīng)驗(yàn)和一些實(shí)際案例，列舉出有線通訊存在的問題。這些問題通過無線通訊的實(shí)現(xiàn)將全部解決。

1.1 有線通訊費(fèi)用高工期長

有線通訊在電廠建設(shè)時(shí)期，需要花費(fèi)大筆費(fèi)用采購電纜，耗費(fèi)大量人工進(jìn)行電纜橋架安裝、電纜溝開挖、電纜敷設(shè)、現(xiàn)場儀表接線、DCS端子板接線等工作。電纜敷設(shè)完成后，需要進(jìn)行各部位的防火封堵，作為重點(diǎn)防火部位進(jìn)行管理。在后期的使用過程中，如果電纜損壞，故障點(diǎn)又無法查找，通常需要敷設(shè)新電纜，工作量非常大。

1.2有線通訊易發(fā)生信號干擾

有線傳輸?shù)倪^程中，現(xiàn)場儀表與DCS系統(tǒng)之間通過4-20ma、1-5V、1-10V等標(biāo)準(zhǔn)電信號實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和指令的發(fā)送，這些信號在傳輸過程中容易受到干擾，在使用過程中需要采取一系列的抗干擾措施。在實(shí)際使用中，一些大功率的電氣設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，周圍的壓力變送器送回到DCS信號會(huì)有小幅度波動(dòng)。在電纜敷設(shè)過程中，如果信號電纜與電源線敷設(shè)在一起，也會(huì)引起一定的干擾。

1.3 高溫環(huán)境對電纜的影響

火電廠中，一些設(shè)備周圍溫度較高，如：汽輪機(jī)、汽包、蒸汽管道等地方。這些設(shè)備周圍一般會(huì)安裝一些遠(yuǎn)傳的測量儀表，這些儀表必須要用電纜連接到DCS系統(tǒng)。電纜在這些高溫環(huán)境下工作，時(shí)間久了容易出現(xiàn)絕緣破損情況，使電纜芯之間短路或接地，造成信號誤報(bào)。嚴(yán)重可能導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)。在工作過程中，曾今由于汽輪機(jī)正、反推力瓦溫度傳輸電纜在高溫環(huán)境中使用時(shí)間較長，絕緣破損使汽輪機(jī)保護(hù)動(dòng)作，發(fā)生機(jī)組停用的事故。

2. DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表無線通訊的實(shí)現(xiàn)方案

本方案可簡單概括為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊：首先，DCS控制系統(tǒng)與無線I/0模塊通過電纜連接實(shí)現(xiàn)通訊;其次，無線I/0模塊與現(xiàn)場儀表進(jìn)行無線通訊。通過以上兩步實(shí)現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊。

2.1 無線I/0模塊

DCS控制系統(tǒng)位于熱控電子間內(nèi)，一方面與現(xiàn)場儀表距離較遠(yuǎn)，另一方面電子間多采用混凝土建設(shè)而且封閉嚴(yán)密，這兩方面都會(huì)造成無線信號傳輸困難。因此，本方案將無線I/0模塊放置于現(xiàn)場設(shè)備附近，作為現(xiàn)場儀表與DCS控制系統(tǒng)連接的橋梁。

2.1.1無線I/0模塊設(shè)置要求

火電廠儀表較多，安裝位置比較分散。無線I/0模塊設(shè)置時(shí)，可以按設(shè)備進(jìn)行分別設(shè)置。本方案共設(shè)置5組無線I/0模塊，分別為1#汽輪機(jī)無線I/0模塊、1#鍋爐無線I/0模塊、公共系統(tǒng)無線I/0模塊、2#汽輪機(jī)無線I/0模塊、2#鍋爐無線I/0模塊，每組模塊放置于對應(yīng)設(shè)備附近，與相應(yīng)設(shè)備的儀表進(jìn)行通訊。

2.1.2無線I/0模塊與DCS的通訊

本方案的無線通訊并不是一根電纜都不用，而是將傳統(tǒng)有線通訊的成千上萬根電纜減少到幾十根。每組I/0模塊采用冗余配置，兩個(gè)I/0模塊一個(gè)為主控，另一個(gè)為副控，并且同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)主控出現(xiàn)故障時(shí)，副控自動(dòng)切為主控。每個(gè)I/0模塊有兩根電纜同時(shí)與DCS系統(tǒng)通訊，其中一根故障時(shí)不會(huì)影響通訊，為了更好的保證通訊的可靠性，兩個(gè)通訊電纜的敷設(shè)路徑不能相同。

2.2現(xiàn)場儀表

為了實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊，現(xiàn)場儀表必須滿足三個(gè)條件：1.現(xiàn)場儀表具有無線通訊功能;2.現(xiàn)場儀表自帶蓄電池供電功能;3.現(xiàn)場儀表與DCS系統(tǒng)無線I/0模塊有相同的通訊協(xié)議。其中通訊協(xié)議是核心。

2.2.1通訊協(xié)議的選擇

目前，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊并沒有被各方都認(rèn)可的通訊協(xié)議。此次方案采用無線HART協(xié)議，這種通信標(biāo)準(zhǔn)極大地?cái)U(kuò)展了無線技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，把無線技術(shù)與現(xiàn)場工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)結(jié)合起來，可以在不更換原有儀表的基礎(chǔ)上，通過增加HART通信實(shí)現(xiàn)無線通訊。

2.2.2無線I/0模塊與現(xiàn)場儀表的通訊

現(xiàn)場儀表采用自帶鋰電池供電，分別設(shè)置儀表的通訊地址，并且不能重復(fù)。無線I/0模塊與儀表通過地址進(jìn)行無線通訊，地址的設(shè)置也可以區(qū)分現(xiàn)場儀表的測點(diǎn)位置和名稱。

3結(jié)束語

本文由DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表有線通訊的弊端引出了無線通訊，并提出了一個(gè)無線通訊的實(shí)施方案。目前，由于鋰電池的巡航能力較短，通訊協(xié)議無法統(tǒng)一等問題，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊還未廣泛應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些問題都將解決。在不久的將來，DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的無線通訊不僅會(huì)實(shí)現(xiàn)，而且其性能肯定會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的預(yù)期。