现场总线技术在火电厂的应用研究
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摘要：文章对目前火电厂中开始逐渐应用的现场总线技术的概念进行介绍，分析其余其他控制系统所表现出的特点和优势，基于目前国内外对火电厂中现场总线技术的应用情况，以及目前应用中出现的问题，提出了火电厂中未来现场总线技术的应用和发展趋势。
关键词：现场总线技术；火电厂；应用
1引言
在目前我国社会用电负荷在不断增加以及给火电厂带来较大生产压力的同时，我国的各项科学技术也在不断进步并推动了火电厂中自动化仪表技术、计算机信息网络技术以及过程控制技术的发展和应用。更是推动火电厂工业控制领域出现了较大的技术变革，也就是在火电厂中开始广泛应用现场总线技术来提升其结构和性能。此技术中的现场总线就是对现场的智能设备以及自动化系统进行连接，并且是一种数字式、双向传输以及多分支结构的通信网络。此技术的应用可以在目前火电厂中越来越多的智能设备应用的同时，实现对其运行中数据的采集和处理，而且可以发挥其对运算进行控制以及进行数据输出等作用。在对上述数据处理完成之后通过现场总线向控制室的操作员站进行传输，便于运行人员来掌握电厂设备的运行状态并且实现对就地设备的控制。实现了火电厂中信息集中以及控制分散的控制模式，也是目前火电厂过程控制的主要发展方向和趋势。
2现场总线技术特点
目前在火电厂中应用的现场总线技术与传统的DCS相比所表现出的特点主要有以下几个方面：一是信息量比较大的特点。这主要是由于在现场总线技术中的现场仪表中可以具有较多的控制功能，还可以实现多变量的测量和传输，以及远程整定仪表设定值，在其自诊断的基础上来预测维护以及管理现场设备。二是具有节约资源的特点。这主要是由于采用此技术进行现场智能设备与DCS总线接口的连接不需要对I/O模件的点位进行占用，因此减少了DCS模件柜以及继电器柜及其所占用的设备面积。三是具有安装简单的特点。这主要是有采用此技术可以实现在一对双绞线或者光缆上进行多个设备的挂接，因此节省了电缆和槽盒、电缆桥架的用量，而且在现场控制设备增加时也不需要再增加新的电缆。四是具有维护方便的特点。这主要是由于通过此技术可以将智能设备的信息向工程师站以及操作员站输送，帮助运行人员掌握就地设备信息以及故障状况，可以实现在故障发生时的快速排查。五是具有较高性能的特点。主要表现在测量和控制准确性能的提高以及误差的降低。而且也简化了系统结构和减少了设备连线，加强了现场仪表的内部功能，实现了信号往返传输的减少以及系统工作可靠性的提高。此外，还可以实现对设备的标准化和功能模块化的简单设计，也便于进行重构。
3现场总线技术应用现状
3.1国外应用情况
目前在全球范围内具有比较高的智能化程度以及现场总线技术应用最为全面且桩基容量最大的机组就是德国RWE集团的尼德豪森电厂中的1×950MW机组，其主要实现了将全民健设备状态和信息通过总线向DCS系统的传输。此外，在美国的OPPD能源集团的Nebraska电厂中的2×740MW机组中，也在其中的大约一半的设备和仪表中应用了现场总线。在德国的Niederraussen电厂中的1×950MW机组中，也将此技术在除FSSS、DEH以及ETS之外的其他的被控对象中应用。意大利的TIRRENOPEWER联合循环电厂也在除燃机、DEH、ETS之外基本采用了现场总线。
3.2国内应用情况
我国首次对国产的现场总线控制系统进行应用时在秦岭电厂的2×660MW超临界机组中，通过此控制系统主要实现对其中的主控17个工艺系统以及7个辅助车间系统，目前设备运行稳定。此外，在金陵电厂中的2×1000MW超超临界机组中也采用了此种现场总线控制系统，在除FSSS、DEH、ETS、MEH、METS 等系统之外的主机的单回路控制设备中使用了现场总线，还有在辅助生产车间中的锅炉补给水、净水站以及废水处理中应用了此控制系统。还有我国的邹县电厂中的2×1000MW超超临界机组也对我国首个FF总线技术进行应用，其主要在汽轮机轴封系统、发电机温度测点和锅炉壁温测点中应用。江阴夏港电厂中的2×330MW机组也在380V开关柜电气马达控制中应用了现场总线。国华宁海发电厂中的4×600MW机组中的闭式水系统34个现场总线电动门采用了现场总线控制系统。莱州电厂中的2×1000MW机组中的海水淡化、凝结水精处理、锅炉补给水、二次风系统等也采用了此技术。此外还有我国其他多个电厂中都在不同的设备和系统中应用了现场总线。
4现场总线技术应用前景
在目前火电厂中对现场总线技术进行应用过程中，表现出以下问题需要在后续的发展和进步中进行突破：首先就是由于在目前的总线上挂接的设备数量较多，导致在出现总线断开时会对系统运行造成严重的影响，这就需要重点做好主机重要保护设备和应用的研究与技术突破。其次就是由于现场总线技术对本安防爆技术的要求比较高，要求要严格控制总线上所挂接的负载供电的关联设备的输出电压和电流。为了满足此要求就需要增加总线上可挂接的负载数，但是这也增加了电缆的使用。最后就是存在总线网络通信中数据包传输延迟的问题，而且还存在传输过程总的误码和丢包率问题，增加了控制系统分析和综合情况的复杂性。
正是由于上述问题没有被解决，也导致了目前在火电厂中存在DCS系统和现场总线并存使用的情况，但是在目前网络技术和控制技术发展的同时，正在大力推进现场总线的应用并推动火电厂向数字化控制方向发展。而针对目前现场总线控制系统所采用的管理网格结构容易导致上述通信延迟以及误码问题的情况，则需要采用以太网一通到底的方式来改进。此种方式节省了从现场设备对数据包进行接收、解码以及向控制设备进行复制等过程，只需要在报文经过从站节点的同时来对相应的编址数据进行读取并且将输入数据向报文中插入，不仅延迟比较短而且不限简单、通信性能优良且成本较低，是未来的主要研究以及发展趋势。
5结语
在目前数字化火电厂在不断发展和进步的同时，现场总线技术由于具有较大的信息量、节约资源、安装简单、维护方便、性能高等优点而在火电厂应用中表现出较强的优势。但是由于目前从全球范围内针对火电厂中应用现场总线技术的案例还比价少，且通常是与DCS系统共存的情况，而且在应用中也表现出较多的缺点和问题。这就需要在目前网络技术和控制技术快速发展的同时，通过对网络结构的简化以及對高速以太网协议理念的应用，突破目前现场总线技术的应用瓶颈，实现在整个电厂范围内对此技术的应用。
参考文献：
[1] 李土波. 现场总线技术在火力发电厂电气控制系统中的运用[J]. 山东工业技术， 2017（1）：197-198.
[2] 胡建， 李伟， 刘传荣， et al. 现场总线技术在火力发电厂电气控制系统中的应用[J]. 南方农机， 2017（16）.
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