現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火力發(fā)電廠及應(yīng)用.doc
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現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用 沈 軍 (大唐洛陽(yáng)熱電廠設(shè)備管理部) 摘 要:本文敘述了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用上提出幾種應(yīng)用思路,以及對(duì)應(yīng)用過(guò)程中可能存在的問題和策略進(jìn)行探討。 關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 火電廠 存在的問題 1 引言 隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展,數(shù)字化作為一種趨勢(shì)正在從工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的決策層、管理層、監(jiān)控層和控制層一直發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備?,F(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn),使數(shù)字通信技術(shù)迅速占領(lǐng)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中模擬量信號(hào)的最后一塊領(lǐng)地。一種全數(shù)字化、全開放式的、可互操作的新型控制系統(tǒng)――現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)正向我們走來(lái)?,F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)代表了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中一個(gè)新紀(jì)元的開始,并將對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的DCS系統(tǒng)采用分散式的體系結(jié)構(gòu),專利型的網(wǎng)絡(luò)支撐和模擬式的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),但隨著各種智能傳感器、變送器和執(zhí)行器的出現(xiàn),數(shù)字化到現(xiàn)場(chǎng)、控制功能到現(xiàn)場(chǎng)、設(shè)備管理到現(xiàn)場(chǎng)的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,一種新的過(guò)程控制系統(tǒng)――現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)已呈現(xiàn)在我們面前。 2 現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)現(xiàn)場(chǎng)總線最核心的部分是總線協(xié)議,總線協(xié)議是一種數(shù)字通信協(xié)議,圍繞總線協(xié)議構(gòu)成一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在智能化控制設(shè)備之間實(shí)行雙向串行通信、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng),一種開放的、數(shù)字化的、多點(diǎn)通信的低層控制網(wǎng)絡(luò)。它使得自控系統(tǒng)和設(shè)備有了通信的能力。 (2)現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)部分是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。通過(guò)數(shù)字通信總線將所有的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置連成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線的硬件支撐。 (3)現(xiàn)場(chǎng)總線的關(guān)鍵部分是信息管理。上位機(jī)與數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置在信息管理上的分工合作達(dá)到高度的集中和統(tǒng)一、分散和和諧。做到信息處理現(xiàn)場(chǎng)化和信息管理系統(tǒng)化。 2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì) (1)簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。信息處理實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)化,減少了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I/O卡件的使用量和簡(jiǎn)化了功能組態(tài)。 (2)節(jié)省了I/O電纜的投資。數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置完成信息處理,只通過(guò)單一的數(shù)字通信總線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享,使過(guò)程I/O電纜的使用量大大減少。 (3)提高了I/O信號(hào)的可靠性和精度。信息處理實(shí)行現(xiàn)場(chǎng)化,避免了小信號(hào)的長(zhǎng)距離傳送,使信號(hào)的保真度大大提高;采用數(shù)字通信技術(shù),抗干擾能力增強(qiáng)了,也確保了信號(hào)的傳遞可靠。 (4)信息管理和控制更系統(tǒng)化和專業(yè)化。通過(guò)大量的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的數(shù)字通信技術(shù),使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息管理?yè)碛谐渥愕男畔?,進(jìn)一步在信息化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)化、控制專業(yè)化、系統(tǒng)診斷專家化。 3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在火電廠中應(yīng)用思路 目前,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已被廣泛認(rèn)知,并逐步應(yīng)用于部分實(shí)際工業(yè)過(guò)程控制中。下面試結(jié)合火電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,提出將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于全廠輔助公用系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的應(yīng)用以及智能化設(shè)備狀態(tài)檢修管理方面的應(yīng)用思路。 3.1 全廠輔助公用系統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 在火電廠中,相對(duì)獨(dú)立的輔助公用系統(tǒng)大約有10~15個(gè),這些輔助公用系統(tǒng)包括化學(xué)車間、工業(yè)用水車間、污水處理車間、輸煤車間、除灰車間、除渣車間、除塵車間、空壓機(jī)車間、制氫站、油庫(kù)等等,這些車間的監(jiān)控信號(hào)主要是以開關(guān)量為主,模擬量調(diào)節(jié)項(xiàng)目較少, 因此多數(shù)都是采用PLC可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制的。通過(guò)采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信標(biāo)準(zhǔn)或MODBUS通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),建立全廠輔助公用系統(tǒng)的PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),并設(shè)置車間工作站(主要用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù))和中央工作站,以達(dá)到集中監(jiān)控點(diǎn),分散控制,并通過(guò)通信接口將信息向上通信至廠級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)。 3.2 智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的應(yīng)用 智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括智能化的傳感器、變送器、執(zhí)行器以及通信接口設(shè)備等。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程控制的需要,通過(guò)嵌入在智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的功能塊軟件組態(tài),對(duì)需要監(jiān)控的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)象,實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)處理、開方、加減、PID運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算等功能,將控制指令傳至智能化執(zhí)行器中,自動(dòng)在現(xiàn)場(chǎng)完成生產(chǎn)過(guò)程對(duì)象的調(diào)節(jié)和控制。正因?yàn)镕CS現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有智能化功能,在火電廠的應(yīng)用中,可以有選擇的將一些測(cè)量點(diǎn)和控制點(diǎn)的單位調(diào)節(jié)采用智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制。 3.3 智能化設(shè)備狀態(tài)檢修管理 智能化設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞數(shù)字信號(hào),不僅包括反映生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)的測(cè)量信息,還包括設(shè)備制造商提供的原始信息,如:被測(cè)量參數(shù)的單位、量程、阻尼、設(shè)備型號(hào)、版本號(hào),材料等等,除了這些設(shè)備通常具有的共性外,對(duì)于一些特定設(shè)備,還有一些特定的描述。如:溫度傳感器,可以包括有熱元件型號(hào)、連接方式、允許測(cè)量范圍等信息通過(guò)智能化設(shè)備傳的設(shè)備本體信息,電廠的設(shè)備管理系統(tǒng)可以對(duì)智能化設(shè)備進(jìn)行有效的管理。目前多數(shù)智能化設(shè)備遵循HART通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)專用的遵循HART通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表校驗(yàn)設(shè)備,就可以方便的完成設(shè)備的定期檢查和校驗(yàn),再通過(guò)總線通信,將數(shù)據(jù)信息傳送到上層設(shè)備管理系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。 4 火電廠應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)存在的問題和策略 目前大型火力發(fā)電(300~600MW)機(jī)組十分復(fù)雜,具有測(cè)點(diǎn)多(一般單臺(tái)300MW機(jī)組有5000多點(diǎn))、參數(shù)變化快及控制對(duì)象數(shù)量多(一般400~600個(gè))、子系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)等特點(diǎn)。另外火電廠控制系統(tǒng)通常包括自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、順序控制和自動(dòng)保護(hù)等任務(wù),因此控制系統(tǒng)地穩(wěn)定性和可靠性對(duì)機(jī)組安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線有很多優(yōu)點(diǎn),但在使用中仍有不少擔(dān)憂,主要有冗余和故障隔離、高級(jí)控制、企業(yè)資源規(guī)劃、現(xiàn)有設(shè)備向現(xiàn)場(chǎng)總線升級(jí)等問題,下面我們就問題逐一列出并制定對(duì)策: 4.1 DCS系統(tǒng)整體升級(jí)到現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的方法不可取 雖然可對(duì)目前的部分DCS系統(tǒng)通過(guò)增加現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡件和網(wǎng)關(guān)等方法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線功能,但軟件也需升級(jí),費(fèi)用相當(dāng)昂貴,并且限于DCS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),硬件組成,通信模式,升級(jí)后的效果也存在許多問題。 4.2 積極穩(wěn)妥的推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的運(yùn)用 當(dāng)前,必須大力開展現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的問題及解決辦法,應(yīng)不斷地實(shí)踐、總結(jié)、提高。 4.3 全面采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可能會(huì)存在的問題 (1)高級(jí)復(fù)雜控制的問題。電廠中最復(fù)雜的控制系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),通常包含負(fù)荷控制、主蒸汽壓力控制、主蒸汽溫度控制以及汽包水位控制等內(nèi)容。若采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的典型做法,將控制和處理功能下移到智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處理,由于各子控制系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián),必然導(dǎo)致H1與上層網(wǎng)絡(luò)HSE之間通信的信息量劇增,會(huì)增大控制系統(tǒng)的處理周期,建議應(yīng)采用集成控制發(fā)式,將高級(jí)復(fù)雜的控制系統(tǒng)經(jīng)TCP/IP等聯(lián)入系統(tǒng)中。 (2)聯(lián)鎖保護(hù)、順序邏輯控制中的問題。對(duì)于處在協(xié)調(diào)級(jí)的SCS、APS系統(tǒng),其SCS的作用是控制機(jī)組啟停,而APS是全廠機(jī)爐大聯(lián)鎖。在采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)時(shí),響應(yīng)時(shí)間是關(guān)鍵因素。在實(shí)際使用上可以采用以下措施進(jìn)行控制:①采用PROFIBUS DP或通過(guò)MODBUS可實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的監(jiān)控,還需增加前端的智能I/O。②利用PLC及遠(yuǎn)程I/O設(shè)備掛接到現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)上。 4.4 300MW及以上機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的建議 在300MW及以上的運(yùn)行機(jī)組上,可在部分輔助車間的系統(tǒng)上進(jìn)行試用,以便于我們從中積累現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),具體方法是將原有控制系統(tǒng)上增加現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡件,但會(huì)造成綜合性能下降,且系統(tǒng)越改越復(fù)雜,因此建議在化水車間、循環(huán)水系統(tǒng),除灰系統(tǒng)等相對(duì)獨(dú)立的工藝流程,采用開關(guān)總量線技術(shù);另外在高、低壓加熱器,除氧器等系統(tǒng)中采用FF H1技術(shù)。 4.5 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的智能設(shè)備管理 在選擇現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)時(shí),應(yīng)充分考慮該系統(tǒng)是否具有軟件界面友好、功能豐富的智能設(shè)備管理功能?,F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)只是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),不同廠家的系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)手段各不相同,因此,我們必須考慮現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的同時(shí),評(píng)估相應(yīng)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及監(jiān)控、診斷和管理軟件性能的高低。 4.6 建議選擇有成熟經(jīng)驗(yàn)、管控一體化的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 火電廠生產(chǎn)管理的特殊性突出的表現(xiàn)在對(duì)安全可靠的高度重視,甚至還會(huì)因此放慢采用新技術(shù)的步伐。因此在選擇現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)方案時(shí),必須慎重地考慮其系統(tǒng)和方案是否有過(guò)成功地應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),系統(tǒng)地結(jié)構(gòu)是否具有良好的互聯(lián)性和開放性,是否有機(jī)的集成了過(guò)程控制和設(shè)備管理以及信息管理系統(tǒng)。 在各種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展地同時(shí),統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議使得以太網(wǎng)技術(shù)得到了快速發(fā)展,并逐漸應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域,而不再局限于傳統(tǒng)得IT領(lǐng)域,并由此產(chǎn)生了系列工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品,高速以太網(wǎng)也越來(lái)越多得應(yīng)用到過(guò)程自動(dòng)化得監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中。 5 結(jié)束語(yǔ) 由于現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了過(guò)程工業(yè)控制向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和分散化的發(fā)展方向,作為工業(yè)過(guò)程控制的發(fā)電企業(yè),應(yīng)該適時(shí)引入基于總線技術(shù)的控制系統(tǒng)。但考慮到火電廠主輔設(shè)備和系統(tǒng)的復(fù)雜性和運(yùn)行監(jiān)控的特點(diǎn),必須解決一系列電廠復(fù)雜控制特有的問題,否則很難取得預(yù)期的效果,而這一過(guò)程也是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展和完善的過(guò)程,但隨著技術(shù)的不斷深化和發(fā)展,相信現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在火電廠自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)繼DCS系統(tǒng)之后,再創(chuàng)火電廠自動(dòng)化控制的輝煌。 【參考文獻(xiàn)】 【1】白焰、吳鴻、楊國(guó)田編著,分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)――基礎(chǔ)、選評(píng)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用,2001年3月第一版、2004年3月第三次印刷,北京中國(guó)電力出版社; 【2】陽(yáng)憲惠主編,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用,1999年第一版,北京清華大學(xué)出版社; 【3】周明,現(xiàn)場(chǎng)總線控制,2002年第一版,北京中國(guó)電力出版社; 【4】斯可克,現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀和發(fā)展,2000年第四版,中國(guó)自動(dòng)化博覽會(huì); 【5】刑建春、王雙慶,Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線智能從站通信接口設(shè)計(jì),2002年第一版,工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置。 【作者簡(jiǎn)介】 姓 名:沈軍 工作單位:大唐洛陽(yáng)熱電廠設(shè)備管理部 單位地址:河南省洛陽(yáng)市澗西區(qū)華山路2號(hào) 聯(lián)系電話:13603882802或0379-64292740 個(gè)人簡(jiǎn)歷:本人1993年9月畢業(yè)于河南省電力工業(yè)學(xué)校電氣運(yùn)行與檢修專業(yè),分配到大唐洛陽(yáng)熱電廠工作至今,其中1996年至1999年自學(xué)??茩C(jī)電一體化專業(yè),2004年至2008年自學(xué)本科計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。在大唐洛陽(yáng)熱電廠工作這15年期間,先后從事過(guò)熱控溫度班檢修工、熱控部?jī)x表班長(zhǎng)、熱控部技術(shù)專責(zé)工程師、熱控部副主任、設(shè)備管理部主任助理、設(shè)備管理部副主任的職務(wù),同時(shí)還參與過(guò)2*165MW機(jī)組、75MW后置機(jī)、2*300MW機(jī)組的改擴(kuò)建工作,以及多次組織并參加各個(gè)機(jī)組的大、小修工作。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問題本站不予受理。
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