现场总线在数字化电厂中的应用

李艾宸

摘 要：现场总线技术是一种全开放、全数字、全分散的新型控制技术。该文介绍了现场总线控制技术的特点和现场总线在数字化电厂中的应用，并结合我国燃气电厂实际应用提出了相应的建议，希望能对相关人员有所借鉴意义。

关键词：现场总线 数字化 电厂 应用

中图分类号：TM731 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0001-01

数字化电厂的建设由于其无可比拟的优势越来越得到广泛的重视，通过建设数字化电厂可以提高电厂生产安全可靠性，可以有效的降低运营成本。数字化电厂的构成框架主要包括现场设备层、直接控制层、管控一体化层和管理决策层四个组成部分的数字化。随着现代科技的发展，直接控制层、管控一体化层和管理决策层的数字化都得到了较快的发展。而现场设备层仍处在通过将一对一的模拟量或者开关量上传至DCS各子系统的阶段，解决现场设备层的数字化的主要手段是采用现场总线技术，通过在电厂应用现场总线技术，使得数字化电厂的发展得到促进。

1 现场总线控制系统概念及优势

现场总线控制系统简称为FCS，是通过现场总线将现场智能设备连接的控制系统。现场总线是通过数字式、串行、双向、多点通信的数据总线将现场装置与放置在控制室内的自动控制装置进行连接。与DCS相比，FCS的优点有以下几方面。

（1）开放性。通过采用公开化、标准化、全分布式的结构，而不是采用专用的通信网络局限，若现场需要增加现场总线的设备，可以在现有的现场总线网段上就近连接。

（2）互操作性。对于需要接入现场总线系统的产品，只要符合相应的标准和规范，在经过验证测试后就可以接入现场总线系统。

（3）通信全数字化。通过全数字化的通信，使得现场信息量大大增加，同时抗干扰能力得到大大提高，可以有效减少传输过程中的误差，提高系统运行的可靠性。

（4）现场设备智能化。在现场总线设备可以同时实现传感测量、补偿计算等多项功能，缩短了控制周期。

（5）可靠性高、维护性好。由于现场总线的特点和运行实践证明，现场总线技术的可靠性高，维护性好。

（6）系统及工程成本降低。通过一根网络电缆既可以实现原来大量电缆可以实现的功能，极大地降低了系统及工程的投入成本。

2 现场总线技术在燃机控制中的应用

现场总线技术将大量的现场设备信息以数字化状态信号的形式传输到集控室，实现了现场设备的数字化和网络化，可以及时掌握来自基层控制级的信息。通过现场总线技术使得“设备故障检修”改变为“设备状态维护”，同时由此产生的大量现场实时信息为管理决策提供了基础和依据。现场总线技术随着燃气电厂的快速发展而被应用到燃气轮机控制中，它的优点主要体现在以下几方面。

（1）现场总线技术在燃气电厂的应用，使得燃机控制系统结构得到了大大的简化，使得燃机配套成本得到了有效的降低，结束了燃机控制一机一控的模式。

（2）现场总线技术在燃气电厂的应用，使得现场设备的自治性得到加强，同时也可以根据燃气轮机自身设计特点将燃油控制、防喘控制和注汽控制等分别实现，机组运行稳定性增强，机组控制性能得到进一步提高。

（3）现场总线技术在燃气电厂的应用，增强了数字信号传输过程中的抗干扰能力，使得信号的准确性和可靠性得到了显著提高。

（4）现场总线技术在燃气电厂的应用使得燃气轮机控制的全分散、全数字化控制网络得到了实现，更加有利于进一步实现全厂控制的一体化，避免了燃机控制的信息“孤岛”。

（5）现场总线技术在燃气电厂的应用更加方便了控制系统集成，针对燃气发电机组，无论功率大小，使用要求和控制规模的大小均可以非常方便的进行硬件和软件的配置，通过系统集成和调试的方式，方便地得到个性化的解决方案。

某燃气电站使用GE公司的MARKVI一体化控制系统，该控制系统可带现场总线和远程I/0，同时可将燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和全厂BOP控制集成在统一的网络结构内，该系统可以完成动力装置及全厂辅助系统的全部控制、保护和监控任务，各设备的控制软件和监控操作软件HMI可在同一个组态软件平台下开发，对于特定控制功能的执行周期已经达到l0 ms的实时性量级。江苏中航动力控制有限公司采用PROFIBUS现场总线技术的燃机控制系统也已成功地应用于LM SOOOST IG燃机发电机组燃机及余热锅炉的工程实践。

3 影响现场总线技术推广应用的因素

3.1 统一总线标准困难

现场总线国际标准方面没有统一的总线标准，在实际应用过程中发现国际标准的种类繁多，但任何一种标准都无法覆盖所有的应用面。同时现场不同的总线产品互相连接比较困难，由于通信协议也存在很大差异，使得FCS的开放性、分散性和可互操作性等特点得不到充分体现。

3.2 实时数据的管理和分析没有有效利用

从已经使用现场总线的电厂来看，现场总线的实时数据的管理和分析并没有得到有效的利用。现场总线技术解决了现场设备的数字化问题，但由于各个电厂的实际管理软件的功能仍在进一步健全，厂级SIS和MIS中的优化控制、状态诊断等功能还需要进一步完善充实，这就使得远程诊断功能和管理自动化并没有一起被纳入监控系统。

3.3 快速性与安全性需进一步验证

现场总线技术在电厂应用的快速性和安全性还需进一步验证，在实际应用中，由于电厂对控制回路要求高、对安全性和稳定性要求高，而PROFIBUS总线和FF总线可以满足机组控制对一般输入、输出信号处理的实时性的要求，但无法满足快速处理回路的时间要求。同时现场的技术人员对现场总线技术还需要进一步的熟悉和掌握，对于为安全或快速响应而设置的开关量信号，还必须考虑采用常规DCS的I/0模件来处理。

3.4 现场总线型设备的远择范围相对较小

由于现场总线技术的设备应用时间不长，还没有形成统一的准入机制和设备规范，使得相关的设备质量参差不齐，同时相关成熟设备较少，使得在进行设备选型时选择范围较小，无法达到选择最优设备的目的。

4 结语

该文介绍了现场总线控制系统概念及优势、现场总线技术在燃机控制中的应用、影响现场总线技术推广应用的因素，论述了现场总线技术在燃机控制中的应用，希望能有一定的借鉴意义和参考价值。

参考文献

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