河源電廠電氣控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用

陳 田 王雅珺

（深能合和電力〈河源〉有限公司 廣東 河源 510725）

0 引言

現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通訊的數(shù)據(jù)總線，以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身具有的優(yōu)勢(shì)及為將來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的數(shù)字化創(chuàng)造條件，河源電廠廠用電控制系統(tǒng)決定采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

1 廠用電控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇

1.1 廠用電控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

我們選擇什么樣的總線，首先要分析廠用電系統(tǒng)的特點(diǎn)，廠用電控制系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

1）廠用電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是順序控制，即數(shù)字量控制，模擬量信號(hào)僅作監(jiān)視，不參與系統(tǒng)邏輯控制；

2）控制系統(tǒng)中某些功能對(duì)動(dòng)作時(shí)間和響應(yīng)速度有很高要求，所以要求廠用電系統(tǒng)宜采用高速現(xiàn)場(chǎng)總線；

3）廠用電系統(tǒng)控制對(duì)象多，信息量大；

4）廠用電智能前端設(shè)備安裝在6kV 或380V 配電裝置內(nèi)，要求有很好的抗干擾能力；

5）電氣配電裝置分散在電廠的各處地方，因此要求總線有較長(zhǎng)的傳輸距離。

1.2 當(dāng)前在廠用電系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)績(jī)較多的總線

當(dāng)前在廠用電系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)績(jī)較多的總線主要有以下幾種：

1）Modbus 技術(shù)成熟，易設(shè)計(jì)，維護(hù)方便，但抗干擾能力不強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸速率低、傳輸距離短；

2）Profibus-DP, 適應(yīng)于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散I/O 之間的高速通信，在國(guó)內(nèi)380V 斷路器、智能馬達(dá)控制器及智能儀表領(lǐng)域多數(shù)廠家都支持該協(xié)議；

3）CAN,CAN 的成本低，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力較強(qiáng)，通信距離可達(dá)10kM；

4）Lonworks,有非常好的可靠性，而且便于系統(tǒng)擴(kuò)展，但具有相當(dāng)大的專用性，對(duì)資源配置需求高，總體費(fèi)用較高；

5）工業(yè)以太網(wǎng)，是現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與以太網(wǎng)開放型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，具有成本低、速度快、容量大的特點(diǎn)。

1.3 河源電廠廠用電控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線的確定

河源電廠為2×600MW 機(jī)組，廠用電系統(tǒng)比較復(fù)雜。 根據(jù)廠用電控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和各種現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用條件和范圍、 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，決定廠用電控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)與Profibus、Lonworks 相結(jié)合的總線控制策略。

2 河源電廠電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)際應(yīng)用

2.1 河源電廠廠用電控制系統(tǒng)的構(gòu)成

河源電廠廠用電控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線和DCS I/O 相結(jié)合的方式，每臺(tái)機(jī)組電氣系統(tǒng)設(shè)置一套廠用電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用三層設(shè)備雙層網(wǎng)形式。 整個(gè)系統(tǒng)由主站層、通信子站層和連接主站層與通信子站層的高速光纖以太網(wǎng)以及連接通信子站層與間隔層的現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成。廠用電監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)雙冗余通訊服務(wù)器與DCS 通訊進(jìn)行連接， 廠用電監(jiān)控系統(tǒng)由單元機(jī)組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)和公用廠用電監(jiān)控系統(tǒng)組成。單元機(jī)組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)接入單元機(jī)組DCS，公用廠用電監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)冗余網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與兩臺(tái)單元機(jī)組廠用電監(jiān)控系統(tǒng)連接，并通過(guò)軟、硬件閉鎖措施僅能接受其中一臺(tái)機(jī)組的廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的操作。

主站層設(shè)備負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)控， 由1 臺(tái)工程師兼操作員站、雙機(jī)冗余配置的系統(tǒng)服務(wù)器、雙機(jī)冗余配置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、雙機(jī)冗余配置的DCS 接口機(jī)、SIS 接口機(jī)、以及其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。

前置層設(shè)備即通訊子站層，主要由安裝于電氣繼電器室的多串口通訊服務(wù)器即公用接口機(jī)和安裝在各配電裝置內(nèi)的雙冗余通訊管理單元組成。 它具有數(shù)據(jù)處理及通訊功能，用以實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間信息的“上傳下發(fā)”，并監(jiān)視和管理各測(cè)控單元等設(shè)備。 通訊管理單元與監(jiān)控主站采用雙冗余的光纖以太網(wǎng)連接，與間隔層設(shè)備可根據(jù)設(shè)備情況采用ProfiBus、LonWorks 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接。6kV綜合保護(hù)測(cè)控單元通過(guò)雙LonWorks 現(xiàn)場(chǎng)總線與通訊管理單元進(jìn)行連接；380V 斷路器智能儀表和馬達(dá)控制器通過(guò)ProfiBus 現(xiàn)場(chǎng)總線與通訊管理單元連接。

2.2 河源電廠現(xiàn)場(chǎng)總線方式的廠用電控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）電氣信息量采集完整。 采集的電氣信息量包括了所有的電流量、電壓量、頻率、啟動(dòng)信息、保護(hù)動(dòng)作信息、開關(guān)狀態(tài)、控制回路監(jiān)控信息等，為實(shí)現(xiàn)電廠電氣系統(tǒng)高度自動(dòng)化運(yùn)行及管理提供了硬件基礎(chǔ)。

2）降低了設(shè)備成本。采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式一方面可以減少大量的DCS 隔離器件、端子柜、I/O 卡件等，另一方面綜合智能測(cè)控單元直接安裝在開關(guān)柜上，開關(guān)柜外采用總線進(jìn)行通信連接，可以大幅度節(jié)省控制電纜。

3）減少施工和維護(hù)工作量?？刂齐娎|的大幅減少就意味著施工工作量的減少，取消了大量的硬接線進(jìn)一步減少施工、安裝、調(diào)試、檢修和維護(hù)的工作量。

4）提高了廠用電運(yùn)行的可靠性。首先FECS 可以作為DCS 控制的后備，在DCS 故障時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廠用電的控制和監(jiān)控，另外，由于各智能測(cè)控單元功能獨(dú)立、風(fēng)險(xiǎn)分散，任何一個(gè)測(cè)控裝置的故障僅涉及到相應(yīng)元件，不會(huì)影響其它間隔，影響范圍小，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

5）提高了信息轉(zhuǎn)換的精度和可靠性。 使用現(xiàn)場(chǎng)總線避免了信號(hào)（特別是4-20mA 模擬信號(hào)量）在傳輸中的衰減和干擾問題，從而提高測(cè)量的精度和可靠性。

2.3 河源電廠基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的廠用電控制系統(tǒng)的存在的問題及解決辦法

1）廠用電控制系統(tǒng)電氣信息量采集完整的優(yōu)勢(shì)未得到完全發(fā)揮。

雖然基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的廠用電控制系統(tǒng)電氣信息量采集完整，為實(shí)現(xiàn)電廠電氣系統(tǒng)高度自動(dòng)化運(yùn)行及管理提供了硬件基礎(chǔ)，但廠用電監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信將電氣信息量傳輸給DCS 后， 由于DCS 本身原有數(shù)據(jù)量非常巨大， 加之設(shè)計(jì)時(shí)沒有對(duì)電氣信息量加以規(guī)范和篩選，因此導(dǎo)致電氣信息量采集完整的優(yōu)勢(shì)未得到完全發(fā)揮

針對(duì)以上問題，應(yīng)該實(shí)際需要制定一定的原則，對(duì)傳輸給DCS 的數(shù)據(jù)加以規(guī)范和篩選，剔除沒有必要的數(shù)據(jù)，完善DCS 軟件，將必要的電氣量信息與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)應(yīng)顯示，方便運(yùn)行人員監(jiān)控和操作，充分發(fā)揮電氣信息量采集完整的優(yōu)勢(shì)。

2）廠用電控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的總體優(yōu)勢(shì)未能體現(xiàn)。

目前，由于廠用電監(jiān)控系統(tǒng)軟件的局限性導(dǎo)致事故追憶和事故分析、在線設(shè)備分析、仿真培訓(xùn)、性能計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性分析等模塊功能暫時(shí)未能實(shí)現(xiàn)。 另外，由于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表計(jì)量功能的缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)中部分計(jì)量數(shù)據(jù)存在偏差，一定程度上削弱了現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的總體優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)以上問題，一則，必須逐步完善和改進(jìn)廠用電控制系統(tǒng)軟件，相關(guān)的系統(tǒng)的二次開發(fā)更是有待時(shí)日；另則，必須改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表計(jì)量功能，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的定期檢驗(yàn)、確?，F(xiàn)場(chǎng)采樣的精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在河源電廠廠用電控制系統(tǒng)的應(yīng)用是成功的，雖然還存在少許問題，但通過(guò)技術(shù)人員的努力必將徹底解決，必將為實(shí)現(xiàn)河源電廠的全面數(shù)字化生產(chǎn)和管理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在河源電廠廠用電控制系統(tǒng)的應(yīng)用可供兄弟電廠借鑒和參考。