淺談基于現(xiàn)場總線的電廠綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)

摘? 要：近年來，電廠承擔(dān)著越來越重要的生產(chǎn)任務(wù)，為維持生產(chǎn)的高效開展，電廠綜合系統(tǒng)需具備極為強(qiáng)大的控制功能。目前人們?cè)絹碓絻A向于現(xiàn)場總線控制技術(shù)，其有效改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的局限性，提升了控制的可靠性，同時(shí)在諸多環(huán)節(jié)其自動(dòng)化特征明顯?；诖?，本文詳細(xì)探析了以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的電廠綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù);電廠綜合系統(tǒng);自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TM621? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2020）09-0000-00

隨著信息時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)控制技術(shù)的局限性越發(fā)顯著，尤其是在傳統(tǒng)的集散控制方式下，生產(chǎn)系統(tǒng)的故障頻發(fā)，控制效率低下。對(duì)電廠生產(chǎn)而言，伴隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，電廠生產(chǎn)系統(tǒng)的內(nèi)在要素越來越多，控制系統(tǒng)需要控制的對(duì)象也逐步增多，提升控制的可靠性，需要充分用現(xiàn)場總線技術(shù)下的控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化控制，以保持電廠生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，降低系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的故障幾率，保持正常的生產(chǎn)作業(yè)，從而為電廠贏得更大的利潤空間。

1傳統(tǒng)的集散控制（DCS）方式

在工業(yè)化快速發(fā)展的過程中，集散控制系統(tǒng)逐步衍生出來并得到了有效推廣，在很長的一段時(shí)間內(nèi)，這一控制方式滿足了工業(yè)化的生產(chǎn)需求，可以在生產(chǎn)系統(tǒng)中有效發(fā)揮該控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。綜合來看，DCS中集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等多種技術(shù)，再加上系統(tǒng)兼具人機(jī)界面和通信功能，可以在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)過程控制、過程管理。從DCS的總體結(jié)構(gòu)來看，其包含了過程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)，過程級(jí)中包含了過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表[1]。在當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日漸擴(kuò)大的過程中，集散控制系統(tǒng)的功能存在著極端的局限性，而現(xiàn)場總線技術(shù)恰好可以克服傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的不足，將控制工作徹底下放到現(xiàn)場，由現(xiàn)場的智能儀表來完成數(shù)據(jù)采集、處理與控制。因此，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的功能多樣，具有更強(qiáng)的兼容性，使得其必將取代集控控制技術(shù)。

2基于FCS的電廠綜合自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電廠綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)中，如果要全面提升其綜合控制水平，就必須要使得現(xiàn)場設(shè)備之間、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層之間保持良好的連接，通過可靠連接來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和集成。在電廠生產(chǎn)改革過程中，現(xiàn)場總線技術(shù)的存在，使得控制可以經(jīng)由現(xiàn)場的智能設(shè)備來完成，由于這些智能設(shè)備具有非常強(qiáng)大的通信功能，也就使得現(xiàn)場智能設(shè)備的測(cè)量變送儀表之間、現(xiàn)場儀表和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)字通信更為便捷與高效，完全可以達(dá)到分散控制、數(shù)字化通信的目的，有效解決了傳統(tǒng)集散控制下存在的問題，因此對(duì)于電廠自動(dòng)化控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義[2]。

2.1監(jiān)控層

監(jiān)控層中包含的要素更多，主要包括高速以太網(wǎng)、連接在總線上的工程師站、操作站和服務(wù)器?？偩€接口是連接介質(zhì)，保障了監(jiān)控層和現(xiàn)場控制層之間的可靠連接，這些連接功能的實(shí)現(xiàn)使得控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)、下裝功能得以實(shí)現(xiàn)，也使得在整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，能夠高效地對(duì)控制系統(tǒng)加以全過程、全方位監(jiān)測(cè)，并通過監(jiān)測(cè)來開展趨勢(shì)分析、預(yù)警、維護(hù)和人機(jī)交互。電廠綜合系統(tǒng)中，還需要全面實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組內(nèi)部的協(xié)調(diào)控制、最優(yōu)控制等多種目標(biāo)，在總線網(wǎng)橋下，各種數(shù)據(jù)和信息均可以在不同的H1總線之間實(shí)現(xiàn)傳輸，這一情況下，總線網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)變送器的變量可以傳輸給另外的變送器，當(dāng)然，兩個(gè)變送器可能處于同一總線上，也可能位于不同的總線上。

2.2廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)

廠級(jí)監(jiān)控SIS在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的存在，是為了使得電廠內(nèi)各個(gè)機(jī)組、全廠生產(chǎn)過程都得到最為有效的管理與控制，其存在實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與MIS之間的緊密聯(lián)系。在具體的應(yīng)用過程中，SIS下，全廠各個(gè)單元機(jī)組、公共系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息，都可以在該系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、優(yōu)化與分析，也就可以為機(jī)組的維護(hù)、運(yùn)營和控制提供切實(shí)的依據(jù)，使得電廠綜合控制系統(tǒng)中，負(fù)荷分配更具經(jīng)濟(jì)性。計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備設(shè)施的存在，使得在SIS的輔助下，電廠內(nèi)各個(gè)部門的生產(chǎn)信息完全可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享和顯示。

3基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1.1現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控層

在電廠綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)下，現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控層的設(shè)計(jì)是為了利用該層來進(jìn)行控制效果合格性的保障，避免由于數(shù)據(jù)采集不全面所引起的控制失誤。因此，如果要保障現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控層設(shè)計(jì)的科學(xué)性，在設(shè)計(jì)時(shí)，專業(yè)設(shè)計(jì)人員需與基礎(chǔ)配置的邏輯結(jié)構(gòu)保持一致，從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波技術(shù)設(shè)計(jì)、溫度、電流等的補(bǔ)償機(jī)制設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的角度，來保障其設(shè)計(jì)的合理性。當(dāng)然，為保障設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員還需要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮初期控制穩(wěn)定性的要求、技術(shù)兼容性等因素。

3.1.2現(xiàn)場總線監(jiān)控層的設(shè)計(jì)

在電廠綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，如果采用的是現(xiàn)場總線控制技術(shù)，有關(guān)設(shè)計(jì)人員在總體架構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，尤其要注重現(xiàn)場總線監(jiān)控層的設(shè)計(jì)，只有保障了其設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，方能發(fā)揮該層在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用。現(xiàn)場總線監(jiān)控層設(shè)計(jì)的過程中，需要嚴(yán)格按照現(xiàn)場基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)計(jì)來開展相應(yīng)的總線監(jiān)控層設(shè)計(jì)，以此來發(fā)揮總線監(jiān)控層對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備的控制、監(jiān)控、預(yù)警和數(shù)據(jù)功能分析?，F(xiàn)場總線監(jiān)控層設(shè)計(jì)過程中，專業(yè)設(shè)計(jì)人員需結(jié)合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)通信、轉(zhuǎn)換器方式等的具體特征，來保障設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

3.2控制實(shí)現(xiàn)方式的設(shè)計(jì)

從電廠生產(chǎn)中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，其主要包含了控制和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需具備較強(qiáng)的功能，方能夠滿足需求，為后續(xù)的控制指令執(zhí)行和實(shí)施提供參考?？刂葡到y(tǒng)功能的多樣性可以使得電廠運(yùn)行的安全性與可靠性大大提升。在現(xiàn)場總線控制技術(shù)下，各個(gè)單一機(jī)組的控制都保持著相對(duì)的獨(dú)立性，獨(dú)立數(shù)字智能設(shè)備下，完全可以滿足單一設(shè)備的獨(dú)立控制需求，使得分散控制的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。機(jī)組單一設(shè)立的微型處理器，發(fā)揮著重要的作用，使得整個(gè)的控制得以優(yōu)化。

3.3 FCS控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)對(duì)比分析

3.3.1系統(tǒng)的開放性優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)下，其系統(tǒng)相對(duì)封閉，其控制過程中往往只能夠通過本地連接的方式來完成信息的傳輸，相關(guān)控制指令的發(fā)送和執(zhí)行都存在著較大的限制，再加上其智能化水平較低，使得在電廠中的應(yīng)用效率非常低。而現(xiàn)場控制技術(shù)下，由于控制系統(tǒng)的開放性功能突出，使得在控制指令的執(zhí)行過程中可以實(shí)現(xiàn)信息的共享和交互，也就保障了該控制系統(tǒng)的應(yīng)用效率。

3.3.2可操作性和互操作性的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的可操作性和互操作性非常突出，這些優(yōu)勢(shì)使得其在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠體現(xiàn)出極大的價(jià)值。可操作性和互操作性下，系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)信息、數(shù)據(jù)的傳輸更為穩(wěn)定與安全。

3.3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高分散性

現(xiàn)場總線存在極高的分散性，這一特征使得其在電廠綜合控制系統(tǒng)中，可以有效完成基礎(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，借助于獨(dú)立的數(shù)字智能控制裝置，有效保障了整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)機(jī)組的高度分散性。

4結(jié)語

綜上，隨著當(dāng)前DCS控制系統(tǒng)的劣勢(shì)逐步暴露，在各個(gè)電廠的生產(chǎn)控制過程中，人們?cè)絹碓絻A向于采用現(xiàn)場總線技術(shù)，通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的建設(shè)，有效保障了電廠生產(chǎn)中控制水平的提升，對(duì)電廠的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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[2]荊鴻儒.現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國科技投資，2016（19）：161.

收稿日期：2020-08-09

作者簡介：徐磊（1986—），男，安徽淮北人，本科，工程師，研究方向：電廠自動(dòng)控制。