现场总线技术在电厂的应用

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【摘要】随着时代的发展和社会信息化建设的飞速进步，火电厂的信息化和数字化建设也需要快速的前进才能为社会的发展提供充足的电力，电厂总线技术的发展也将成为一种必然的趋势。本文介绍了火电厂的现场总线技的基本定义，同时结合国内火电厂设备的特点，提出了符合国内火电厂现场总线技术的建议。

【关键词】数据采集；现场总线；标准；故障诊断

背景

火电厂在近年来的不断的发展，大规模的建设，而降低火电厂的运行成本，在建设的时候采用有效的设计措施和施工方案，可以在电厂的实际运行时提高经济性。在长期的生产实践中，在火电厂中具有丰富经验的热控专业人员提出，在电厂中加强使用控制系统的物理分散和功能分散性可以有效的提高电厂运行经济性。现场传统的DCS控制器的功能分散在实际的应用中对控制工程造价的降低效果不是很理想，而近年来，DCS控制器的功能不断的提高，控制系统的物理分散也不断的完善，从电厂中常用的远程I/O、远程控制站、电源柜、配电柜，在电厂中安装在智能采集前端，而通常电子设备之间分布性很散，距离大，尤其是集控楼之间。而如果采用DCS系统，就可以有效的降低安装设备的应用。目前通常的做法是对电厂主厂房进行布局，采用紧凑的布置，可以降低设备的用量，但是这样的做法，只能在小范围降低火电厂的建设成本，但是从实际经验看，只有对控制系统的优化，通过对I/O和控制功能的结合，就是使用现场总线技术，才是降低火电厂运行经济性的关键。

1.火电厂现场总线

目前的常规火力发电厂的机组热力和主厂房区域采用的是DCS系统，辅助系统通常使用PLC作为主要控制系统，电厂控制技术经过多年的发展，已经形成了在主厂房区域使用DCS控制系统，采用PLC作为其他辅助系统，近年来逐渐发展起来的发电厂实时监控系统（SIS）、发电厂信息管理系统（MIS）以及辅助控制系统等，为总线的设计打下了厂级控制和管理的基础，同时性能优化、状态检修和故障诊断的管理和监控软件。现在的总线控制系统是双向通信、计算机、数字化的控制系统。通过对火电厂的数据采集和网络的相结合，实现双向通信的监控和控制，对电厂生产的每一个部分进行信息监控，使电厂实现网络化和数字化的管理，降低运行的成本，提高建设的经济性。

2.现场总线投运存在的应用

已经投运的山东莱城发电厂扩建工程3、4号机组采用德国西门子TELEPERM-XP分散控制系统，400V及以下电动机配套西门子公司的SIMOCODE电动机控制保护设备，SIMOCODE电动机控制保护设备安装在开关柜中，每台机组共计83台电动机及电加热器通过PROFIBUS现场总线与TELEPERM-XP相连。目前发电厂已投入运行，现场总线系统运行基本稳定。

现场总线技术投运的实践来分析，PROFIBUS总线技术在国内外发电厂中有过较多成功的应用，如德国的尼德豪森（Niederaussem）发电厂、国内陕西杨凌热发电厂、山东龙口发电厂、河北三河发电厂、广安发电厂、国华宁海发电厂一期工程等。

现场总线技术应用在发电厂中根据生产过程各种控制信号的不同，各现场总线标准也需要对不同的控制场所有所调整，因此需要根据不同的工艺过程选择较合适的现场总线标准。两种总线标准相比而言，FF较适用于连续量控制（取代4～20mA模拟量），而PROFIBUS较适用于离散量控制，但同时也适用于连续量控制。

3.现场总线技术实际应用中存在的问题

尽管现场总线技术具有一系列的特点和诱人的优越性，尽管建设数字化和信息化电厂的呼声越来越高，但是对于存在多回路耦合的复杂控制，需要在不同网段间传输数据，就可能影响控制的实时性。如网段、设备分布设计不当，就可能影响到工艺系统及设备的安全运行，目前也存在一定的问题。

（1）能够支持现场总线标准的智能现场设备的规格和品种较少，针对电厂开发。

（2）现场总线标准种类很多，用户选择无所适从。

（3）现有电厂的基建模式。现在电厂控制设备的采购大多是由设计院编制设备规范书，由建设单位组织采购，也有一些设备由施工单位采购，还有的控制装置由主机厂配套或分包。这种设备的采购方式难以保证按照统一的总线标准供货。根据现在的实际情况，即使规范书中的技术条件十分明确，往往现场到货却是另一回事。不同的现场总线标准是不兼容的，结果花了钱却起不到效果。

（4）投资方、建设单位、施工单位甚至设计院的技术人员对现场总线技术缺乏深入的了解。现场总线是一个新型控制系统，作为现场总线应用的技术人员，尤其是设计院的热控设计人员如果还停留在对DCS的认识水平上是无法设计合理的现场总线控制系统，也不可能发挥现场总线的优势，甚至不能保证现场总线控制系统的正常工作。

（5）缺乏合理的设计周期。现在大多数电厂的工程设计周期被大大压缩，因此从设计院来讲能按常规方案完成设计已经是十分紧张。

4、总线技术的改进与创新

电厂现场总线的选择。前面已经讲述了，不可能采用一种总线解决所有的工业控制和过程控制。工业自动化控制包括电厂里的供水、燃料、输灰等，与电厂相近的石化行业和制造业采用现场总线技术的控制系统均具有成熟的经验。而在火力发电厂中使用的是传统的DCS，还有近年来逐步推行的FCS也就是现场总线控制系统，火力发电厂是一个技术密集型的高技术企业，为了提高生产的安全性和降低生产的效率，需要不断的在细节改进工艺和控制系统的智能化、数字化，使得运行人员在集控室的能尽可能多的掌握电厂的实际运行情况并对其进行控制和调整，以达到经济性和安全性运行的目的，这就需要现场总线技术的应用，同时在应用的时候还要不断的改进创新和完善。

提高前端数据采集的准确性，比如对电厂中温度的控制，可以使用热电阻和热电偶进行测量，像一次风机的马达线圈、包括引风机、送风机、发电机线圈、铁心、再热器金属壁温度等只用对其采集数字信号。在现场总线中使用智能的前端采集系统，对保护的测温点进行检测，之后将检测的数据送入支持现场总线协议的进口阀岛。可以有效的提高电厂的信息采集和传递水平，提高运行经济性。

5、结束语

电厂中现场总线技术发展的很快，在我国也属于一个刚刚开始的新的实物，发展的速度很快，现场总线技术的信息化和全数字模式控制等新的方法，有效的提高了电厂的数字化建设，同时降低了工程的造价，提高了电厂运行的经济行，提高了生产管理的效率，在国内的电厂中正逐步的应用，以不断的替换国内电厂的老旧设施，同时电厂运行人员在使用现场总线技术管理生产的过程中能积累宝贵的经验，并提出改进和创新，不断的完善，相信将使得现场总线技术在国内电厂中获得越来越广泛的应用，为社会的发展和国民经济的建设提供充足的电力保障。