試論現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用及前景

（河南省電力勘測設(shè)計院，河南 鄭州 450000）

試論現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠的應(yīng)用及前景

王剛建

（河南省電力勘測設(shè)計院，河南 鄭州 450000）

本文主要從控制系統(tǒng)功能及其物理分散和數(shù)字化電廠兩個方面對現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠中的實際應(yīng)用進行簡要的分析；結(jié)合我們在實踐中總結(jié)的經(jīng)驗，針對當(dāng)前的現(xiàn)狀，客觀的提出國內(nèi)火電廠在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的實際使用范圍和具體設(shè)計原則，并以此幫助我國總線技術(shù)的進一步發(fā)展。

現(xiàn)場總線技術(shù)；實際應(yīng)用；范圍；分析

隨著信息科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)電企業(yè)與信息化之間的聯(lián)系也越來越緊密，在這種情況下，火電廠的網(wǎng)絡(luò)信息化水平對其工作效率的影響也越來越大了。其中，火電廠數(shù)字化的廣度和深度對其信息化的水平起到了決定性的影響。結(jié)合實踐經(jīng)驗，我們可以將火電廠的控制和管理具體分為3級SIS（管理級）、MIS（車間級）以及DCS（車間級）；隨著整個火電廠控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)由于其控制是單向的，也就是說，它僅僅能夠從現(xiàn)場設(shè)備中獲取到用于控制的信息，而無法搜集到同樣重要的維護診斷信息?，F(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)在客觀上舊極大的豐富了現(xiàn)場狀態(tài)信息，這也使得對遠程參數(shù)的校正及調(diào)整成為了現(xiàn)實，此外，它也為控制系統(tǒng)與設(shè)備之間的通訊提供了可操作的平臺，換句話來說，它使得電廠數(shù)字化管理可以從現(xiàn)場設(shè)備及開始。

隨著火電廠的各個方面都有了很大的進步，火電廠設(shè)計方案中關(guān)于如何有效降低工程造價的方法也成為了重中之重。對于工作人員來說，控制系統(tǒng)的物理分散和功能分散成為了降低工程造價最重要的環(huán)節(jié)。并且，由于DCS控制器起到的作用越來越大，并且，傳統(tǒng)DCS在實現(xiàn)降低造價方面做得還不夠理想，這就從側(cè)面反映出了物理分散功能的重要性了。從DCS電源柜的分散布置、遠程控制站到智能采集前端的合理使用，乃至最后對于集控樓電子設(shè)備分散布置的取消，這一系列措施都能夠在很大的程度上減少對安裝材料的依賴。但是，如果控制系統(tǒng)沒有進行根本的改革，而僅僅是優(yōu)化主廠房的布置，要想實現(xiàn)安裝材料的用量就非常的困難。

一、現(xiàn)場總線技術(shù)的特點

“安裝在制造過程區(qū)域的控制室內(nèi)的自動控制裝置間的數(shù)字式與現(xiàn)場裝置的數(shù)據(jù)總線”這是國際電工委員會就現(xiàn)場總線技術(shù)的相關(guān)特點做出的定義解析。

從上面的定義解釋中，我們可以看出，要想實際達到開放和互相操作的目的，其不可缺少的條件就是現(xiàn)場總線以及基礎(chǔ)的智能現(xiàn)場設(shè)備。

二、現(xiàn)場總線技術(shù)在國外電廠的成功應(yīng)用經(jīng)驗

在歐美的一些發(fā)達國家，經(jīng)過多年的試驗和實踐現(xiàn)在現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)能從一些非常小的范圍運用到現(xiàn)在的電廠改造等大規(guī)模下的實際運用，取得了非?？捎^的成績，成功的案例也非常多，例如：美國Xcel能源集團的Omaha公用事業(yè)的Nebras-ka機組等。

1確定是否采用現(xiàn)場總線的因素

（1）回路速度必須科學(xué)的控制，如果對于控制回路速度的要求很快，已經(jīng)超出了控制范圍，在這種情況下就應(yīng)該停止現(xiàn)場總線的使用。

（2）現(xiàn)場總線的運用中盡量避免與安全關(guān)系聯(lián)系比較緊密的設(shè)備和信號。

（3）可以獲得的智能現(xiàn)場設(shè)備。

2現(xiàn)場總線協(xié)議因素的確定

（1）智能現(xiàn)場設(shè)備在其中起到了決定性作用。

（2）在沒有特殊情況下，應(yīng)該盡量避免不同現(xiàn)場總線協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

（3）能夠獲得更多的設(shè)備診斷信息。

（4）客觀上來說，還能夠獲得更多的設(shè)備診斷信息。

3現(xiàn)場總線技術(shù)對控制邏輯的影響

（1）如果Profibus與MCC之間的連接通訊消失時，就應(yīng)該考慮其他邏輯。

（2）如果現(xiàn)場的設(shè)備不能夠?qū)崿F(xiàn)與控制器之間正常交流，就應(yīng)該設(shè)置其他邏輯以手動切除控制回路的控制。

4電廠工程進度與現(xiàn)場總線設(shè)計之間的協(xié)調(diào)

（1）現(xiàn)場總線設(shè)計中分量最重的一個環(huán)節(jié)應(yīng)該就算是現(xiàn)場總線網(wǎng)段設(shè)計，其原因在于網(wǎng)段設(shè)計完成必須是要以現(xiàn)場設(shè)備具體位置的確定。

（2）DCS的邏輯和畫面設(shè)計可以在網(wǎng)段設(shè)計完成前進行，但是必須是基于數(shù)據(jù)庫信息建立完畢過后。

5滿足FF總線協(xié)議的智能設(shè)備是否可以采用現(xiàn)場控制

通過實踐我們可以看出，這種假設(shè)是能夠?qū)崿F(xiàn)的，主要有以下幾個原因體現(xiàn)：

（1）調(diào)節(jié)閥在一般情況下都比較復(fù)雜，在現(xiàn)場設(shè)備中集成的可能性非常的小。

（2）為了能夠保證現(xiàn)場設(shè)備能夠正常的運作，所有與控制相關(guān)的過程點都應(yīng)該保證在同一個網(wǎng)段上，但是這在現(xiàn)實的實踐中是很難實現(xiàn)的。其根本原因在于總線標(biāo)是FF。

（3）如果要實際運用現(xiàn)場控制，那么就必須將引入1套與所用控制系統(tǒng)的不同算法到控制系統(tǒng)中去。

（4）除了上面提到的三種情況之外，其他情況一般不會運用到現(xiàn)場控制，換句話說，能夠?qū)τ陔姀S性能發(fā)揮實質(zhì)性用處的也就只有上述提到的三種情況。

三、現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)的運用

現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)大量機組火電廠輔助車間已經(jīng)有了一些非常成功的應(yīng)用經(jīng)驗。

1總線技術(shù)在過火電廠采用的局限性

結(jié)合實踐經(jīng)驗來看，眼下國內(nèi)主要職能現(xiàn)場設(shè)備的情況主要有以下幾個方面：

（1）智能變送器。國內(nèi)主要的智能變送器生產(chǎn)商有Emerson和Honeywell。與進口的智能變送器一樣，他們也都是支持現(xiàn)場總線協(xié)議的要求。

（2）智能分析儀表。不管是否帶有現(xiàn)場總線協(xié)議，除氧量分析儀以外，其他基本都來自于進口。

（3）溫度測量儀器。國產(chǎn)的溫度測量儀器有一個非常明顯的特點，那就是都沒有自帶溫度變送器，并且實際使用中的習(xí)慣也沒有使用溫度變送器的習(xí)慣。這一點，在溫度測量元件中的表現(xiàn)更加明顯。就目前的發(fā)展形勢來看，這種現(xiàn)狀要在段時間內(nèi)有所改變是基本不可能的，從另一方面來說，在溫度測量部分要實際應(yīng)用現(xiàn)場總線的難度就非常大。

（4）氣動執(zhí)行機構(gòu)。就目前的實際情況來看，基本上只有進口產(chǎn)品，才支持現(xiàn)場總線的調(diào)節(jié)型氣動執(zhí)行機構(gòu)。

（5）就目前的實際情況來看，國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)基本上都與現(xiàn)場總線協(xié)議不兼容。

通過這幾點，我們可以看到，就眼下發(fā)展的實際情況來看，如果要將現(xiàn)場總線技術(shù)廣泛的運用，那么就必須依賴大量的進口智能現(xiàn)場設(shè)備和相關(guān)經(jīng)驗技術(shù)；這是由于我國由于客觀因素的限定，關(guān)于現(xiàn)場總線設(shè)計的一些經(jīng)驗和技術(shù)相對都比較落后，還不具備獨立應(yīng)付的能力。

2國內(nèi)火電廠應(yīng)用的實際方案

從前文的解析我們可以看到，當(dāng)前火電廠的控制系統(tǒng)應(yīng)該是FCS和DCS之間的無縫連接，就以智能現(xiàn)場設(shè)備在國內(nèi)的使用狀況來看，它更多的是出現(xiàn)在設(shè)計環(huán)節(jié)，因為，這樣才能夠更加有效的降低工程造價，此外，對于電廠管理效率的提升也有很大的促進作用。

結(jié)合眼下實踐經(jīng)驗來看，我國火電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的方案主要包括以下幾個方面：

（1）通過傳統(tǒng)的DCS來控制對機組運行安全有影響的系統(tǒng)，對于與之有一點聯(lián)系的變送器可以采用Hart協(xié)議的變送器來控制；此外，對于電動、氣動執(zhí)行機構(gòu)則可以通過智能型現(xiàn)場總線產(chǎn)品來控制。

（2）對于機組運行安全影響不大的氣動執(zhí)行機構(gòu)，在一般情況下都采用現(xiàn)場總線協(xié)議智能變送器來控制，電動執(zhí)行機構(gòu)則采用支持現(xiàn)場總線的進口有智能電動執(zhí)行機構(gòu)。

（3）除去對機組安全系統(tǒng)影響比較大的變送器應(yīng)該采用Hart協(xié)議的變送器外，在沒有特殊情況下，其他單元組的變送器也都基本上使用的是現(xiàn)場總線協(xié)議智能變送器。

（4）根據(jù)實際布置情況的差異，單元機組的電磁閥也能夠科學(xué)的使用傳統(tǒng)的接線方式接入DCS，進而也具備了支持現(xiàn)場總線協(xié)議的能力。

（5）火電廠的其他輔助車間在沒有特殊情況下，一般都可以運用現(xiàn)場總線技術(shù)。

3現(xiàn)場總線技術(shù)的實際應(yīng)用范圍

（1）爐前油系統(tǒng)、鍋爐的制粉系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)以及煙風(fēng)系統(tǒng)等。

（2）汽機的抽汽系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、除氧給水系統(tǒng)、汽機本體輸水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高低加疏水系統(tǒng)以及主汽系統(tǒng)等。

（3）發(fā)電機的水系統(tǒng)、氫系統(tǒng)以及油系統(tǒng)。

（4）與之相關(guān)的所有輔助車間。

結(jié)語

就我國的實際運用來看，現(xiàn)場總線技術(shù)實際運用到火電廠中，還處在初級的摸索階段，存在很多的問題和局限性。但是，因為現(xiàn)場總線技術(shù)能夠很好的降低工程造價，單就這一點來說，現(xiàn)場總線技術(shù)在國內(nèi)火電廠大規(guī)模運用應(yīng)該說是必然的結(jié)果。隨著技術(shù)和經(jīng)驗的不斷積累，現(xiàn)場總線技術(shù)的技術(shù)勢必會在國內(nèi)電廠中有更加廣泛的運用。

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