李艾宸

摘 要：現(xiàn)場總線技術(shù)是一種全開放、全數(shù)字、全分散的新型控制技術(shù)。該文介紹了現(xiàn)場總線控制技術(shù)的特點和現(xiàn)場總線在數(shù)字化電廠中的應(yīng)用，并結(jié)合我國燃氣電廠實際應(yīng)用提出了相應(yīng)的建議，希望能對相關(guān)人員有所借鑒意義。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線 數(shù)字化 電廠 應(yīng)用

中圖分類號：TM731 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0001-01

數(shù)字化電廠的建設(shè)由于其無可比擬的優(yōu)勢越來越得到廣泛的重視，通過建設(shè)數(shù)字化電廠可以提高電廠生產(chǎn)安全可靠性，可以有效的降低運營成本。數(shù)字化電廠的構(gòu)成框架主要包括現(xiàn)場設(shè)備層、直接控制層、管控一體化層和管理決策層四個組成部分的數(shù)字化。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，直接控制層、管控一體化層和管理決策層的數(shù)字化都得到了較快的發(fā)展。而現(xiàn)場設(shè)備層仍處在通過將一對一的模擬量或者開關(guān)量上傳至DCS各子系統(tǒng)的階段，解決現(xiàn)場設(shè)備層的數(shù)字化的主要手段是采用現(xiàn)場總線技術(shù)，通過在電廠應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，使得數(shù)字化電廠的發(fā)展得到促進。

1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概念及優(yōu)勢

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)簡稱為FCS，是通過現(xiàn)場總線將現(xiàn)場智能設(shè)備連接的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線是通過數(shù)字式、串行、雙向、多點通信的數(shù)據(jù)總線將現(xiàn)場裝置與放置在控制室內(nèi)的自動控制裝置進行連接。與DCS相比，F(xiàn)CS的優(yōu)點有以下幾方面。

（1）開放性。通過采用公開化、標準化、全分布式的結(jié)構(gòu)，而不是采用專用的通信網(wǎng)絡(luò)局限，若現(xiàn)場需要增加現(xiàn)場總線的設(shè)備，可以在現(xiàn)有的現(xiàn)場總線網(wǎng)段上就近連接。

（2）互操作性。對于需要接入現(xiàn)場總線系統(tǒng)的產(chǎn)品，只要符合相應(yīng)的標準和規(guī)范，在經(jīng)過驗證測試后就可以接入現(xiàn)場總線系統(tǒng)。

（3）通信全數(shù)字化。通過全數(shù)字化的通信，使得現(xiàn)場信息量大大增加，同時抗干擾能力得到大大提高，可以有效減少傳輸過程中的誤差，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

（4）現(xiàn)場設(shè)備智能化。在現(xiàn)場總線設(shè)備可以同時實現(xiàn)傳感測量、補償計算等多項功能，縮短了控制周期。

（5）可靠性高、維護性好。由于現(xiàn)場總線的特點和運行實踐證明，現(xiàn)場總線技術(shù)的可靠性高，維護性好。

（6）系統(tǒng)及工程成本降低。通過一根網(wǎng)絡(luò)電纜既可以實現(xiàn)原來大量電纜可以實現(xiàn)的功能，極大地降低了系統(tǒng)及工程的投入成本。

2 現(xiàn)場總線技術(shù)在燃機控制中的應(yīng)用

現(xiàn)場總線技術(shù)將大量的現(xiàn)場設(shè)備信息以數(shù)字化狀態(tài)信號的形式傳輸?shù)郊厥?，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，可以及時掌握來自基層控制級的信息。通過現(xiàn)場總線技術(shù)使得“設(shè)備故障檢修”改變?yōu)椤霸O(shè)備狀態(tài)維護”，同時由此產(chǎn)生的大量現(xiàn)場實時信息為管理決策提供了基礎(chǔ)和依據(jù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)隨著燃氣電廠的快速發(fā)展而被應(yīng)用到燃氣輪機控制中，它的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）現(xiàn)場總線技術(shù)在燃氣電廠的應(yīng)用，使得燃機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到了大大的簡化，使得燃機配套成本得到了有效的降低，結(jié)束了燃機控制一機一控的模式。

（2）現(xiàn)場總線技術(shù)在燃氣電廠的應(yīng)用，使得現(xiàn)場設(shè)備的自治性得到加強，同時也可以根據(jù)燃氣輪機自身設(shè)計特點將燃油控制、防喘控制和注汽控制等分別實現(xiàn)，機組運行穩(wěn)定性增強，機組控制性能得到進一步提高。

（3）現(xiàn)場總線技術(shù)在燃氣電廠的應(yīng)用，增強了數(shù)字信號傳輸過程中的抗干擾能力，使得信號的準確性和可靠性得到了顯著提高。

（4）現(xiàn)場總線技術(shù)在燃氣電廠的應(yīng)用使得燃氣輪機控制的全分散、全數(shù)字化控制網(wǎng)絡(luò)得到了實現(xiàn)，更加有利于進一步實現(xiàn)全廠控制的一體化，避免了燃機控制的信息“孤島”。

（5）現(xiàn)場總線技術(shù)在燃氣電廠的應(yīng)用更加方便了控制系統(tǒng)集成，針對燃氣發(fā)電機組，無論功率大小，使用要求和控制規(guī)模的大小均可以非常方便的進行硬件和軟件的配置，通過系統(tǒng)集成和調(diào)試的方式，方便地得到個性化的解決方案。

某燃氣電站使用GE公司的MARKVI一體化控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可帶現(xiàn)場總線和遠程I/0，同時可將燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機和全廠BOP控制集成在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)，該系統(tǒng)可以完成動力裝置及全廠輔助系統(tǒng)的全部控制、保護和監(jiān)控任務(wù)，各設(shè)備的控制軟件和監(jiān)控操作軟件HMI可在同一個組態(tài)軟件平臺下開發(fā)，對于特定控制功能的執(zhí)行周期已經(jīng)達到l0 ms的實時性量級。江蘇中航動力控制有限公司采用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的燃機控制系統(tǒng)也已成功地應(yīng)用于LM SOOOST IG燃機發(fā)電機組燃機及余熱鍋爐的工程實踐。

3 影響現(xiàn)場總線技術(shù)推廣應(yīng)用的因素

3.1 統(tǒng)一總線標準困難

現(xiàn)場總線國際標準方面沒有統(tǒng)一的總線標準，在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)國際標準的種類繁多，但任何一種標準都無法覆蓋所有的應(yīng)用面。同時現(xiàn)場不同的總線產(chǎn)品互相連接比較困難，由于通信協(xié)議也存在很大差異，使得FCS的開放性、分散性和可互操作性等特點得不到充分體現(xiàn)。

3.2 實時數(shù)據(jù)的管理和分析沒有有效利用

從已經(jīng)使用現(xiàn)場總線的電廠來看，現(xiàn)場總線的實時數(shù)據(jù)的管理和分析并沒有得到有效的利用。現(xiàn)場總線技術(shù)解決了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化問題，但由于各個電廠的實際管理軟件的功能仍在進一步健全，廠級SIS和MIS中的優(yōu)化控制、狀態(tài)診斷等功能還需要進一步完善充實，這就使得遠程診斷功能和管理自動化并沒有一起被納入監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 快速性與安全性需進一步驗證

現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠應(yīng)用的快速性和安全性還需進一步驗證，在實際應(yīng)用中，由于電廠對控制回路要求高、對安全性和穩(wěn)定性要求高，而PROFIBUS總線和FF總線可以滿足機組控制對一般輸入、輸出信號處理的實時性的要求，但無法滿足快速處理回路的時間要求。同時現(xiàn)場的技術(shù)人員對現(xiàn)場總線技術(shù)還需要進一步的熟悉和掌握，對于為安全或快速響應(yīng)而設(shè)置的開關(guān)量信號，還必須考慮采用常規(guī)DCS的I/0模件來處理。

3.4 現(xiàn)場總線型設(shè)備的遠擇范圍相對較小

由于現(xiàn)場總線技術(shù)的設(shè)備應(yīng)用時間不長，還沒有形成統(tǒng)一的準入機制和設(shè)備規(guī)范，使得相關(guān)的設(shè)備質(zhì)量參差不齊，同時相關(guān)成熟設(shè)備較少，使得在進行設(shè)備選型時選擇范圍較小，無法達到選擇最優(yōu)設(shè)備的目的。

4 結(jié)語

該文介紹了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)概念及優(yōu)勢、現(xiàn)場總線技術(shù)在燃機控制中的應(yīng)用、影響現(xiàn)場總線技術(shù)推廣應(yīng)用的因素，論述了現(xiàn)場總線技術(shù)在燃機控制中的應(yīng)用，希望能有一定的借鑒意義和參考價值。

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