电力线式现场总线在燃煤电站输煤程控系统中的应用

（山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛 266100）

0 引言

近年来，输煤程控的方式趋于多元化，一改之前单一PLC控制方案或采用全厂统一DCS硬件，通过硬件统一，节省运行维护成本或采用各类总线技术如：Profibus，节省电缆材料及安装成本。由于要兼顾控制系统对输煤系统恶劣的运行环境的要求，控制系统一般布置在温度、湿度适宜的空调房间，因此不可避免地增加了大量的电缆敷设工作。常规总线技术虽然减少了电缆的敷设量，但动力电缆对总线电缆的电磁干扰会导致系统通讯不稳定，输煤系统程控运行不可靠的现象，同时常规总线技术就地控制箱和一次元器件不能适应现场恶劣的环境影响。

电力线式总线技术充分考虑了输煤系统的运行环境、电磁干扰、成本控制、系统扩展、传输距离、防雷接地等关键因素，目前已经开发出了适应输煤恶劣运行环境的就地控制箱，且在国内外电厂有很多应用，具有一定的市场推广意义。

1 项目输煤系统及程控系统介绍

我公司海外某2×660MW燃煤电站输煤控制系统分为三个子系统，即储煤系统、运煤系统、煤仓间配煤系统。储煤系统设二座条形斗轮机煤场，每个煤场各设1台斗轮堆取料机，推煤机作为平整煤场的辅助设备。运煤系统采用悬臂斗轮堆取料机及皮带机，从本期煤场至煤仓间。煤仓间配煤系统的配煤设备采用电动双侧犁式卸料器。

本项目共设计15个主控单元，每个单元采用环形网络，主控单元通过普通VV电缆连接就地智能控制箱、分控装置、智能仪表以及智能皮带保护，无需从就地敷设电缆到电子间。

2 技术原理

电力线式总线技术以VV、KVV等普通电缆作为现场总线信号传输的介质，把现场总线技术与低压电力线载波技术相融合，突破了其它总线技术必须采用双绞线或同轴电缆进行信号传输的限制，最大限度地方便了工程线缆布线及现场应用，该技术具备以下特点：

（1）配套提供现场总线设备自带CPU、EPROM、RAM、I/O等电路，可独立编制、执行控制逻辑，可通过电力线总线电缆随时在线更新程序采用总线技术。

（2）总线拓扑结构为自由拓扑，每个总线组上挂接的节点数量可达120个，单一总线组的通讯距离理论值可达30km。

（3）总线设备的供电和通讯同时通过同一电缆实现，供电电压可为AC220V、DC220、DC24V等各种电压等级。

（4）采用普通VV或KVV电缆代替双绞线，作为现场总线的传输介质，对电缆和电缆施工工艺的要求低，解决了其他总线技术存在的强电及电磁干扰问题。

（5）对输煤系统皮带保护设备，该控制系统提出了皮带跑偏、拉绳开关定位系统的概念，并开发出相应的产品，提升了输煤系统的自动化水平。

（6）针对火力发电厂输煤程控系统应用的恶劣环境，该系统配套设计就地控制箱达到了IP67防护等级，可以有力支持该系统的稳定运行。

3 与同类技术主要技术指标比对情况

该现场总线技术相对于DCS、PLC等技术优点主要表现在：

3.1 极强的系统抗干扰能力

电力线式现场总线技术内嵌了低压电力线载波技术，控制信号的传输基于高频调制方式，区别于一般意义上双绞线系统所采用的基带传输，只有与载波信号频率相同的噪声源才有可能对本系统造成影响。

3.2 方便灵活快捷的现场安装接线

国际上常见的现场总线形式对网络拓扑结构、总线线缆选型、设备接插件等都有极严格的限制和要求，从而极大的制约了现场总线技术在工程上的应用。而电力线式现场总线技术，对总线电缆的选型无特殊要求，对总线电缆相关的接插件也无特殊要求，现场施工过程中可任意采用各种方法和连接件均可。

3.3 自由的网络拓扑结构

自由的网络拓扑结构，也是本现场总线区别于其他现场总线技术的一大特点。在工程应用中，只需要根据现场设备布置的情况，将各现场总线设备用导线连通即可，如星形、总线形、树形、环形等，各种形式均可。对电力系统来说，出于对系统安全性的考虑，要求整个控制系统在各个环节都实现冗余，便可采用环网的结构，此点是Profibus DP、Profibus FA 等技术做不到的。

3.4 两芯无极性的系统接线

对总线电缆，只需要两个导电芯即可实现通讯，此两芯属无极性连接，极大地方便了现场总线电缆的接线。

3.5 各现场总线模块之间的对等通讯

电力线式现场总线技术，各主、分控模块之间既可以采用主、从方式通讯，也可以采用对等方式通讯，从而使得该系统支持真正意义上的分布式逻辑解算和处理功能，各设备之间的通讯效率最高。

3.6 分散的系统风险，更高的系统安全性

由于该现场总线系统中的每一个节点均带CPU处理能力，为一个完整的独立的可执行系统，系统中的任两个节点之间可以直接通讯。因此用该技术实现的系统支持真正意义上的分布式逻辑解算和处理功能，区别于其它现场总线技术的集中式结构。

3.7 面向对象的产品开发，专业级的控制设备

电力线式现场总线控制装置，遵循面向对象的产品开发思路，每一个产品都是针对具体被控对象开发的专业级控制设备。

3.8 低的现场运行维护人员技术门槛

电力线式总线系统工程应用的简单性，采用此技术开发的装置具有极高的智能化水平，使得在具体的工程应用中对现场运行维护的人员无专业资质要求，技术门槛较低，降低了最终用户的技术培训费用。

3.9 无限可扩充的控制系统CPU处理能力

由于该总线系统中的每一个节点均带CPU处理能力，在控制系统扩建过程中，多一个被控对象，只需增加一个总线节点，从而系统的CPU能力也就得以扩充。

3.10 系统响应的实时性与总线系统的规模大小无关

常规现场总线技术，整个系统只有一个CPU在执行系统控制逻辑，CPU对现场所有的总线设备均采取查询扫描的方式进行数据传递，在CPU的每一次扫描周期内要求对所有的总线设备查询一遍，由于可认为CPU扫描一个总线设备所需的时间是固定的，从而控制系统的响应实时性与总线系统的规模密切相关。

3.11 单一网段上所挂接现场总线节点数量的无限性

采用电力线现场总线技术，单一网段上所挂接的节点数量只受软件编址能力的限制，而无其它约束。单一网段上的理论节点数量可达127个，实际应用中按不大于64个考虑，一个系统又可挂128个网段。对具体的工程来说，可以认为是无限的。

3.12 总线通讯距离的无限性

当采用电力线作为传输介质时，单一网段的理论距离为30km；当采用双绞线传输介质时，单一网段的理论距离为2700m。由于工程实际应用中，很少出现如此大的系统，因此在工程设计时可以认为总线距离是无限的，无需校核。

4 节能减排及经济效益

根据多个工程案例，采用该技术，控制电缆用量可缩减到常规PLC/DCS方案的约1/10。根据实际统计，在2×660MW燃煤项目输煤控制系统中，控制电缆可节省约60km，施工工期可缩短约2.5个月，节约工程投资约400万人民币。

5 推广应用情况及前景

该技术突破了常规控制技术对运行环境的高要求，具有较强的抗干扰性，几乎不受限制远距离的通讯能力，良好的扩展能力，初期投资节约明显，在国内电站上已有成熟的应用业绩，具备国外市场的推广价值。