现场总线在火力发电厂的应用

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摘要：现场总线是沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系的工厂数字通信网络的基础。它不但是一个基层网络，还是一种新型、开放式、全面的分布控制系统。现场总线的综合技术是指控制、计算机、智能传感、数字通信技术为主要内容，受到了全世界的关注，导致自动化系统结构与设备发生了深刻的变革。

关键字：应用研究；现场总线；火力发电厂；

中图分类号： TM62 文献标识码： A

引言：现场总线（也称现场网络）是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，将传感器、控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。本文以火力发电厂为例，简要介绍了现场总线的概念和国内发展现状，以及在火力发电厂的应用。

1 现场总线

1.1 现场总线的概念及其发展状况

现场总线是在生产现场的测量控制设备与控制室中的自控装置间串行、多点、全数字的通信总线，也可以被称之为控制领域的计算机局域网。上面所指的测量控制设备其中有: 过程变量(流量、物位、温度、压力等)的转换器或变送器、积算装置、开关、指示器、控制阀、电子驱动马达和安装在现场的简单PLC 还有调节器等。它在处理工业现场的一些智能化的仪表仪器、控制器和执行机构等等现场的机械设备之间的信息传递以及解决这些工业现场的控制设备与更高级的控制系统之间的联系有着重要的作用。

现场总线国际上形成是在20世纪80年代末、90年代初。目前,由8个部分组成的现场总线标准IEC61158是由国际电工委员会(IEC)推出的。这虽然没有统一的一个标准,但是对其未来工业自动化领域网络技术的发展和产品的更新换代,都会产生深刻远大的积极影响。

1.2 现场总线的特点

(1)互用性和互可操作性

这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。互用性则指的是不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

(2)系统的全面开放

系统的开放是指公开通信协议，实现不同的各个厂家设备之间的信息交换，现场总线开发者在建立统一的工厂底层网络的基础上开放系统。现场总线网络系统必须是开放的，开放系统是把系统集成的权利交给了用户，用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。

(3)智能化与功能自治性

现场总线仅仅只靠现场设备就可以完成自动控制的基本功能，还可以随时诊断设备的运行状态，并将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中来完成。

(4)系统结构的高度分散性

现场总线改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，提高了可靠性并且简化了系统结构。因为现场设备本身就可以自己完成自动控制的基本功能，致使现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。

(5)对现场环境的适应性

作为工厂网络底层的现场总线，在现场设备前端的工作，是专门为了在现场工作而设计的环境，它可支持双绞线、同轴电缆、红外线、光缆、射频、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能够合理的采用两线制从而实现送电与通信，还可以满足本质安全和防爆的要求等。

1.3现场总线的优势

（1）节省硬件数量与投资数额

由于现场总线系统在分散在前面的智能设备可以执行各种传感、控制、报警和直接计算功能,可以减少发射机的数量,不需要单独的一个控制器和电池等,也不会需要DCS系统的信号处理、转换和隔离技术,还有复杂的布线方式,工业PC作为操作站,可以节省大量的硬件投资,因为是收缩的控制设备,还可以减少控制空间面积。

（2）节省现场总线系统的安装费用

现场总线系统的接线十分简单，因为一对双绞线或者一条电缆上平时可以挂接多个设备，因此可以大大减少电缆、端子、槽盒和桥架的用量，也大大减少了连线设计与接头校对的工作量。如果需要增加现场控制设备，可以就近连接在原有的电缆上无需增设新的电缆，减少了设计和安装的工作量，也节省了投资的金额。通过成功的试验工程的测算资料，并运用到实际工作中可以节约一大半的安装费用。

（3）节省安装后的维护开销

由于控制装置通过数字通信将相关诊断维护信息发送到控制室,它有着故障诊断的能力,顾客可以随时查询操作的所有设备和诊断维护信息,分析问题的根源，解决问题并快速排除。停机检修时间会减少,因为该系统结构简单,连线简单,可以得到减少了后期维护的工作量。

（4）系统集成主动权

用户可以自由选择不同厂商所提供的设备集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被限定了设备的选择范围，不会因为系统集成中不相容的协议、接口而一筹莫展，用户把工程中系统集成的主动权掌握在自己的手中。

（5）正确和可靠性

现场总线设备从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送时出现的误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，可以减少信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。

2 现场总线在火力发电厂的应用

随着DCS和FCS的发展，目前两种系统在技术上已进行了充分的融合，使得DCS系统的数字通讯功能延伸至现场智能设备，现场总线在燃煤电力厂设备应用程序的控制上没有成熟经验的,因此单位应当非常严格对热力系统,发电厂的安全、稳定运行进行控制。这一通讯功能的扩展，使得DCS 可采集现场智能设备，如寿命计算、启动次数、故障诊断报警等更多的信息。DCS系统融合了两种技术优点，为火力发电厂自动化系统提供了更好的选择。FCS可以应用的范围如下:

⑴全厂辅助公用系统选择遵循现场总线通信协议的PLC可编程序控制器、监控多个辅助电力系统。通过现场总线通信技术,建立辅助公用系统PLC网络,提高水平的监测和管理电厂。目前,应用在该领域的FCS很成功,辅助动力系统的一个新的火电机组近年来几乎全部采用FCS、稳定而可靠的运行。⑵地域分散的独立的电动阀或电动机；⑶区域分散就地单脉冲调整对象；⑷新增的监控区域可按区域采用FCS设备，实现现场控制。

3应注意的几个问题

（1）维修成本较高

过去的DCS系统以及改为在现场总线技术的DCS系统,因此现场的所有设备必须更换,从而满足现场总线的施工需要,现场智能设备调节功能会使成本增加,维护成本,同样的,改变仪器也是非常昂贵的，因此企业应当改变自己的策略，使用合理的设备进行现场总线的施工。

（2）出现噪音的问题

现场总线应用肯定会涉及到系统噪音问题，连接处使用TAP接头，TAP接头一直在现场环境比较差的地方,因而会出现网络噪音的问题，继而出现设备与网络连接错误的警报，所以应当对现场的卫生条件和振动条件都有严格的要求，为证现场总线的后期施工提供保障。

（3）冗余问题

由于没有冗余功能，一旦总线出现故障，虽然可以就地来改变功能的调节，运行人员无法监视到全系统运行状况，按照严格的热控的检修标准，在控制系统机组主要运行参数的监视，应该停止机组运行，因此如果要实现想安全的目的，很有必要进行冗余设计。

4结束语

总之,随着现场总线控制设备系统的成熟,凭借自身的技术优势及良好的发展前景，现场总线在火力发电厂条件已经成熟,需要一个大胆的在工程进行实践和不断地扩大应用范围。开放的现场总线技术的发展策略对中国工业控制行业在国际市场带来了一个千载难逢的平等竞争的机会,我国应该借鉴和吸收国外先进技术, 尽快推出符合自己情况的现场总线产品，振兴电力行业，为我国的电力发展做出巨大的贡献。

参考文献：

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[2]潘龙.现场总线控制系统（FCS）在化工生产中的应用优势分析［J］.中国科技信息，2009（03）

[3]郭齐涛,霍志红.FCS在电力系统自动控制中的应用[J].华中电力.2002(06)