浅谈基于现场总线的电厂综合自动控制系统

摘  要：近年来，电厂承担着越来越重要的生产任务，为维持生产的高效开展，电厂综合系统需具备极为强大的控制功能。目前人们越来越倾向于现场总线控制技术，其有效改变了传统控制系统的局限性，提升了控制的可靠性，同时在诸多环节其自动化特征明显。基于此，本文详细探析了以现场总线为基础的电厂综合自动控制系统构建。

关键词：现场总线技术;电厂综合系统;自动控制

中图分类号：TM621  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）09-0000-00

随着信息时代的发展，传统控制技术的局限性越发显著，尤其是在传统的集散控制方式下，生产系统的故障频发，控制效率低下。对电厂生产而言，伴随着生产规模的扩大，电厂生产系统的内在要素越来越多，控制系统需要控制的对象也逐步增多，提升控制的可靠性，需要充分用现场总线技术下的控制系统，来实现数字化、自动化控制，以保持电厂生产系统的高效运转，降低系统运行时的故障几率，保持正常的生产作业，从而为电厂赢得更大的利润空间。

1传统的集散控制（DCS）方式

在工业化快速发展的过程中，集散控制系统逐步衍生出来并得到了有效推广，在很长的一段时间内，这一控制方式满足了工业化的生产需求，可以在生产系统中有效发挥该控制技术的优势。综合来看，DCS中集成了计算机技术、系统控制技术和网络通信等多种技术，再加上系统兼具人机界面和通信功能，可以在生产中实现过程控制、过程管理。从DCS的总体结构来看，其包含了过程级、操作级和管理级，过程级中包含了过程控制站、I/O单元和现场仪表[1]。在当前工业生产规模日渐扩大的过程中，集散控制系统的功能存在着极端的局限性，而现场总线技术恰好可以克服传统集散控制系统的不足，将控制工作彻底下放到现场，由现场的智能仪表来完成数据采集、处理与控制。因此，由于现场总线技术的功能多样，具有更强的兼容性，使得其必将取代集控控制技术。

2基于FCS的电厂综合自动化的网络结构

电厂综合自动控制系统中，如果要全面提升其综合控制水平，就必须要使得现场设备之间、网络架构层之间保持良好的连接，通过可靠连接来实现数据的共享和集成。在电厂生产改革过程中，现场总线技术的存在，使得控制可以经由现场的智能设备来完成，由于这些智能设备具有非常强大的通信功能，也就使得现场智能设备的测量变送仪表之间、现场仪表和计算机之间的数字通信更为便捷与高效，完全可以达到分散控制、数字化通信的目的，有效解决了传统集散控制下存在的问题，因此对于电厂自动化控制目标的实现具有重要意义[2]。

2.1监控层

监控层中包含的要素更多，主要包括高速以太网、连接在总线上的工程师站、操作站和服务器。总线接口是连接介质，保障了监控层和现场控制层之间的可靠连接，这些连接功能的实现使得控制系统的组态设计、下装功能得以实现，也使得在整个控制系统的运行过程中，能够高效地对控制系统加以全过程、全方位监测，并通过监测来开展趋势分析、预警、维护和人机交互。电厂综合系统中，还需要全面实现单元机组内部的协调控制、最优控制等多种目标，在总线网桥下，各种数据和信息均可以在不同的H1总线之间实现传输，这一情况下，总线网络中一个变送器的变量可以传输给另外的变送器，当然，两个变送器可能处于同一总线上，也可能位于不同的总线上。

2.2厂级监控系统

厂级监控SIS在整个网络架构中的存在，是为了使得电厂内各个机组、全厂生产过程都得到最为有效的管理与控制，其存在实现了生产过程控制系统与MIS之间的紧密联系。在具体的应用过程中，SIS下，全厂各个单元机组、公共系统中的实时信息，都可以在该系统内实现计算、优化与分析，也就可以为机组的维护、运营和控制提供切实的依据，使得电厂综合控制系统中，负荷分配更具经济性。计算机和通信设备设施的存在，使得在SIS的辅助下，电厂内各个部门的生产信息完全可以实现实时共享和显示。

3基于现场总线的自动控制系统设计分析

3.1控制系统的网络结构设计分析

3.1.1现场设备监控层

在电厂综合自动控制系统架构下，现场设备监控层的设计是为了利用该层来进行控制效果合格性的保障，避免由于数据采集不全面所引起的控制失误。因此，如果要保障现场设备监控层设计的科学性，在设计时，专业设计人员需与基础配置的逻辑结构保持一致，从基础数据采集、数字滤波技术设计、温度、电流等的补偿机制设计、A/D转换设计的角度，来保障其设计的合理性。当然，为保障设计质量，设计人员还需要在设计时考虑初期控制稳定性的要求、技术兼容性等因素。

3.1.2现场总线监控层的设计

在电厂综合自动化控制系统中，如果采用的是现场总线控制技术，有关设计人员在总体架构的设计过程中，尤其要注重现场总线监控层的设计，只有保障了其设计的科学性与合理性，方能发挥该层在整个控制系统中的作用。现场总线监控层设计的过程中，需要严格按照现场基础數据监控设计来开展相应的总线监控层设计，以此来发挥总线监控层对基础设备的控制、监控、预警和数据功能分析。现场总线监控层设计过程中，专业设计人员需结合网络节点、数据通信、转换器方式等的具体特征，来保障设计的科学性。

3.2控制实现方式的设计

从电厂生产中控制系统的结构来看，其主要包含了控制和数据采集子系统，数据采集系统需具备较强的功能，方能够满足需求，为后续的控制指令执行和实施提供参考。控制系统功能的多样性可以使得电厂运行的安全性与可靠性大大提升。在现场总线控制技术下，各个单一机组的控制都保持着相对的独立性，独立数字智能设备下，完全可以满足单一设备的独立控制需求，使得分散控制的目标得以实现。机组单一设立的微型处理器，发挥着重要的作用，使得整个的控制得以优化。

3.3 FCS控制系统与DCS控制系统对比分析

3.3.1系统的开放性优势

在传统的集散控制系统下，其系统相对封闭，其控制过程中往往只能够通过本地连接的方式来完成信息的传输，相关控制指令的发送和执行都存在着较大的限制，再加上其智能化水平较低，使得在电厂中的应用效率非常低。而现场控制技术下，由于控制系统的开放性功能突出，使得在控制指令的执行过程中可以实现信息的共享和交互，也就保障了该控制系统的应用效率。

3.3.2可操作性和互操作性的优势

与传统的集散控制系统相比，现场总线控制系统的可操作性和互操作性非常突出，这些优势使得其在控制系统中的应用能够体现出极大的价值。可操作性和互操作性下，系统内相关信息、数据的传输更为稳定与安全。

3.3.3系统结构的高分散性

现场总线存在极高的分散性，这一特征使得其在电厂综合控制系统中，可以有效完成基础设备的数据采集，借助于独立的数字智能控制装置，有效保障了整个系统中各个机组的高度分散性。

4结语

综上，随着当前DCS控制系统的劣势逐步暴露，在各个电厂的生产控制过程中，人们越来越倾向于采用现场总线技术，通过现场总线控制系统的建设，有效保障了电厂生产中控制水平的提升，对电厂的长远发展具有重要的意义。

参考文献

[1]肖胜.三种现场总线控制系统在火电厂组态应用的比较与分析[J].自动化技术与应用，2018，37（11）：134-136.

[2]荆鸿儒.现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用[J].中国科技投资，2016（19）：161.

收稿日期：2020-08-09

作者简介：徐磊（1986—），男，安徽淮北人，本科，工程师，研究方向：电厂自动控制。