火电厂DCS系统与现场仪表无线通讯

刘帅

摘要 电力是我国经济发展的基础，而火力发电是我国的主要发电方式。目前，绝大部分火电厂使用DCS控制系统，在控制过程中通过电缆与现场仪表连接，实现各类信号的传输。虽然在使用过程中比较稳定，但也存在一些缺点，如：电缆敷设需要花费大量的人力、财力;对于一些老厂，电缆长时间使用后出现绝缘不合格或铜线氧化等问题，造成设备误动或信号传输错误。随着无线通讯技术、计算机技术的日益发展，DCS系统与现场仪表的无线通讯将应用而生，解决有线通讯存在的一些缺陷，更好的保证发电机组安全、稳定运行。本文通过有线通讯系统在实际使用的缺陷和事故案例，突出无线通讯的诸多优点;同时提出了实现无线通讯的方案。

关键词：现场仪表;无线通讯;DCS系统

0.引言

DCS系统与现场仪表实现无线通讯，可以完全避免因为电缆故障发生的各类事故。在实现无线通讯过程中，现场仪表的选择、无线通讯协议的选择、DCS系统无线I/0模块将成为关键。

1.DCS系统与现场仪表无线通讯与有线通讯的对比

下面结合在日常工作经验和一些实际案例，列举出有线通讯存在的问题。这些问题通过无线通讯的实现将全部解决。

1.1 有线通讯费用高工期长

有线通讯在电厂建设时期，需要花费大笔费用采购电缆，耗费大量人工进行电缆桥架安装、电缆沟开挖、电缆敷设、现场仪表接线、DCS端子板接线等工作。电缆敷设完成后，需要进行各部位的防火封堵，作为重点防火部位进行管理。在后期的使用过程中，如果电缆损坏，故障点又无法查找，通常需要敷设新电缆，工作量非常大。

1.2有线通讯易发生信号干扰

有线传输的过程中，现场仪表与DCS系统之间通过4-20ma、1-5V、1-10V等标准电信号实现数据的采集和指令的发送，这些信号在传输过程中容易受到干扰，在使用过程中需要采取一系列的抗干扰措施。在实际使用中，一些大功率的电气设备启动时，周围的压力变送器送回到DCS信号会有小幅度波动。在电缆敷设过程中，如果信号电缆与电源线敷设在一起，也会引起一定的干扰。

1.3 高温环境对电缆的影响

火电厂中，一些设备周围温度较高，如：汽轮机、汽包、蒸汽管道等地方。这些设备周围一般会安装一些远传的测量仪表，这些仪表必须要用电缆连接到DCS系统。电缆在这些高温环境下工作，时间久了容易出现绝缘破损情况，使电缆芯之间短路或接地，造成信号误报。严重可能导致机组停运。在工作过程中，曾今由于汽轮机正、反推力瓦温度传输电缆在高温环境中使用时间较长，绝缘破损使汽轮机保护动作，发生机组停用的事故。

2. DCS系统与现场仪表无线通讯的实现方案

本方案可简单概括为两个节点的通讯：首先，DCS控制系统与无线I/0模块通过电缆连接实现通讯;其次，无线I/0模块与现场仪表进行无线通讯。通过以上两步实现了DCS控制系统与现场仪表的无线通讯。

2.1 无线I/0模块

DCS控制系统位于热控电子间内，一方面与现场仪表距离较远，另一方面电子间多采用混凝土建设而且封闭严密，这两方面都会造成无线信号传输困难。因此，本方案将无线I/0模块放置于现场设备附近，作为现场仪表与DCS控制系统连接的桥梁。

2.1.1无线I/0模块设置要求

火电厂仪表较多，安装位置比较分散。无线I/0模块设置时，可以按设备进行分别设置。本方案共设置5组无线I/0模块，分别为1#汽轮机无线I/0模块、1#锅炉无线I/0模块、公共系统无线I/0模块、2#汽轮机无线I/0模块、2#锅炉无线I/0模块，每组模块放置于对应设备附近，与相应设备的仪表进行通讯。

2.1.2无线I/0模块与DCS的通讯

本方案的无线通讯并不是一根电缆都不用，而是将传统有线通訊的成千上万根电缆减少到几十根。每组I/0模块采用冗余配置，两个I/0模块一个为主控，另一个为副控，并且同时运行，当主控出现故障时，副控自动切为主控。每个I/0模块有两根电缆同时与DCS系统通讯，其中一根故障时不会影响通讯，为了更好的保证通讯的可靠性，两个通讯电缆的敷设路径不能相同。

2.2现场仪表

为了实现DCS系统与现场仪表的无线通讯，现场仪表必须满足三个条件：1.现场仪表具有无线通讯功能;2.现场仪表自带蓄电池供电功能;3.现场仪表与DCS系统无线I/0模块有相同的通讯协议。其中通讯协议是核心。

2.2.1通讯协议的选择

目前，DCS系统与现场仪表的无线通讯并没有被各方都认可的通讯协议。此次方案采用无线HART协议，这种通信标准极大地扩展了无线技术在工业自动化领域的应用，把无线技术与现场工业自动化生产结合起来，可以在不更换原有仪表的基础上，通过增加HART通信实现无线通讯。

2.2.2无线I/0模块与现场仪表的通讯

现场仪表采用自带锂电池供电，分别设置仪表的通讯地址，并且不能重复。无线I/0模块与仪表通过地址进行无线通讯，地址的设置也可以区分现场仪表的测点位置和名称。

3结束语

本文由DCS系统与现场仪表有线通讯的弊端引出了无线通讯，并提出了一个无线通讯的实施方案。目前，由于锂电池的巡航能力较短，通讯协议无法统一等问题，DCS系统与现场仪表的无线通讯还未广泛应用，随着科学技术的进步，这些问题都将解决。在不久的将来，DCS系统与现场仪表的无线通讯不仅会实现，而且其性能肯定会远远超出我们的预期。