浅析总线在发电厂低压控制系统中的应用

胡克刚

摘要：文章主要分析了近几年来现场总线技术在发电厂低压控制系统中的应用情况，深入浅出地分析了火力发电厂监控管理系统与现行DCS系统相比所具有的优势，同时分析了总线技术在火电厂应用中存在的影响因素，最后提出了总线技术在发电厂低压控制系统中的应用范围以及新思路。

关键词：现场总线技术；发电厂；低压控制系统

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0133-02

随着发电厂建设的规模不断扩大以及自动化程度的不断提升，对电厂的生产以及信息化管理提出了更高的要求，电厂的全面信息化管理的实现依赖于各个子系统提供丰富的、实时的现场信息，同时提高电厂的决策正确性，使电厂实现全厂管理控制二者的一体化。理想的发电厂的管理控制大概可以分为以下两个层次：分别是厂级自动化管理信息的高速以太网和中间网络为生产过程的自动化网络，另外底部网络主要是各个子系统之间的现场的总线网络。同时根据生产与管理等各个环节的特点，发电厂自动化管理信息系统主要是划分为若干个子系统，然后各个子系统原则上相对独立，同时各个子系统内部各个模块相互之间联系紧密，但是与其他子系统之间的联系较小。

随着现场总线技术的日臻完善，发电厂的低压控制系统智能化、网络化已经成为发展趋势。同时采用大量的现场总线通信技术实现的电气自动化产品，它的出现势必会对计算机网络监控系统产生深远的影响，本文主要是对发电厂低压控制系统的设计范围以及功能定位等各个方面进行深入的分析与探讨。

1 现场总线控制系统的特点

现场总线控制系统主要具有开放性、分散性以及低成本三个主要特征。

1.1 系统的开放性

目前大多数的发电厂其现场总线系统都是采用开放性的网络结构布局方式，同时将各个控制器节点分散到现场，另外构建成网络拓扑结构例如星型或者环形灯，采用现场总线控制系统可以最大程度地减轻主机的工作负担。

1.2 系统的分散性

总线控制系统的分散性意味着有较高程度的灵活性，系统非常容易进行扩建以及重组，同时通过现场总线对现场设备的调试以及校检工作，可以最大程度地减少维修人员，降低劳动的强度。

1.3 系统的低成本

现场总线系统的开放性的体系结构相比于传统技术大大缩短了开发的周期，另外成本也大幅度下降，同时节省了模拟信号传输过程中大量的转换装置维护费用，但从总体上来看，现场总线系统的成本远远低于DCS的成本。

2 发电厂低压控制系统现状

发电厂的工艺负荷主要是指各类电动金。而电气负荷包括主变压器，另外还有高压厂变压器等。当前发电厂普遍以DCS系统作为单元机组的主要控制系统，现场级设备主要采用传统的开关量信号，另外生产过程的监控可以达到I/O子系统。DCS系统可以满足绝大多数运行人员基本的控制操作要求，同时可以替代原来的发电机控制台，从而实现单元机组炉、电操作手段统一。

另外在已经投入运行的发电厂中，单元机组电气设备的监控主要是采取以下两种方式：一种是现场总线与硬接线相结合的方式，另外一种方式是回路的电流会以现场总线通信方式传送，同时经过ECMS系统通信管理机汇总后送入相应的DCS-DPU通信接口。在实际应用中，该方案比较容易接受，同时电厂的应用也比较多。由于机组锅炉操作过程极其复杂，同时对象繁多，另外设备相互之间关系紧密，操作频繁，采用全通信手段必定要冒一定的技术

风险。

3 总线在发电厂低压控制系统的应用前景

随着国内自动控制技术的成功开发应用，国内的总线控制技术取得了重大的进展与突破。

第一，就是实现了多机一控，现在国内大多数的电厂都采用的这种多机一控的技术就是利用一个控制室控制两台机组进行运转，同时随着自动化水平的不断提升，几台大型机组控制一个控制室的情况也屡见不鲜，而国内的华东电力设计院已经成功研制出四机一控的全自动化系统。

第二，电厂的辅助设备系统实现了网络化的集中控制，大量的辅助系统包括水处理系统以及燃油系统都需要由一个单独的控制系统来控制，同时随着控制技术以及设计水平的突飞猛进的发展，将地理位置相同的辅助系统实施集中控制也成为现在电厂非常热门的一项技术。湖南益阳电厂就是将所有的辅助控制系统集中一起集合为一个大型的控制系统，大大提高了自动控制水平。

第三，现场控制总系统。现场总线在电厂的使用已经有超过十年的历史，刚开始是小规模的零星系统，到后来发展为完整的车间辅助系统，再到最后已经开始在大型的主机组中应用。由电力工程顾问设计院以及东北电力设计院设计的电能厂，已经全面应用于现场总线的控制系统，而且这两个大型的项目也正在筹划建设中。

4 现场总线在电厂低压控制系统中应用的问题以及改进

现场总线在电厂低压控制系统主要的改进问题包括系统底层信息的需求难以满足，而模拟技术又难以满足这些需求。HART技术是目前采用的快速简便的模拟信号技术，可以大规模地利用数字化提高仪表的智能水平，同时又广泛受到业内人士的青睐。

采购费用较高，总成本并没能得到节省，采购已经实施成本需要接受性能因素。节省电缆投资以及调试速度极快，另外还容易受到流程设备调试的影响等。

样本工程没有能够起到很好的模范警示作用，同时对现场总线价值往往认识不到位，从而使决策者望而却步，另外新上项目少；负责生产运行的技术人员更宁愿采取成熟的技术。

缺乏FCS维护的合格培训课程以及缺乏相应有力的应用支持，另外对现场总线的价值认识程度不够，还未能深入地挖掘FCS的潜力，同时如何从现场解决仪表集成问题以及稳定性也成为工作的重中之重。

现场总线价值的认识以及人员的培训是未来总线在电厂中低压控制系统的关键所在，首先主要是巩固以及提高现有的技术，而不是过分引进一些先进的技术；同时应该充分尊重用户的意见以及遵从国际的标准，另外不断地改变用户制定的要求来满足控制系统的更新换代。

5 结语

针对目前的阶段，现场总线的应用应该采取循序渐进的方式，比如对于具备智能化的电气系统，应该积极推动现场总线技术的推广以及使用。同时在自动化的设计中采取实事求是的科学态度应对未来的机遇以及挑战。

参考文献

[1] 杨静谊.基于现场总线发电厂安全生产监测系统的设计[J].北京工业职业技术学院学报，2007，（1）.

[2] 王晓华，李鹏飞，丁远翔.平网印花机现场总线控制系统的设计与实现[J].电工技术，2007，（9）.

[3] 刘幼林，姬劳.基于TMS320F2812+μC/OS-II的断路器智能控制单元设计[J].电气应用，2006，（1）.

[4] 杨时炜，赵德安，杨彦.现场总线控制系统FCS在发动机装配线上的运用[J].电气传动，2008，（5）.

[5] 杨桦，黄小明.Lonworks技术在变电站远程数据监控系统上的应用[J].电气自动化，2006，（3）.