鲁洪建
中国核工业电机运行技术开发有限公司 北京 100043
摘要：科学技术的快速发展推动我国各行业发展迅速，为我国基础建设的不断进步贡献力量，使我国人们的生活品质有了很大的提高。为了提高电厂的管理水平，保障电厂的可持续发展，大部分电厂都开始走数字化发展道路。数字化电厂的有效建设离不开数字信号的可靠传输，传统的数字信号为单向传输信号，不能真正实现数字化电厂建设。因此，技术人员需要将数字化渗透于现场设备级，通过现场总线技术进行现场总线控制系统的构建，实现数字信号的有效传输，加强电厂数据信息共享，实现数字化电厂建设。
关键词：现场总线技术；电厂数字化进程；应用
引言
近年来，我国整体经济建设发展非常迅速，人们生活水平的提高，都离不开电力行业的大力贡献。现场总线技术的快速发展极大地推动了电厂的数字化建设进程，它将厂级监控管理系统、车间级控制系统与现场设备紧密地连接在了一起，实现了电厂各系统有效信息的全面监控及整合，极大地提升了电厂管理决策及运维的数字化水平。
1现场总线控制系统概念及优势
根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统FCS（FieldbusControlSystem）。与传统DCS相比，FCS优越性概括起来有以下几方面。1.开放性的互联结构。它突破了DCS系统采用的专用通信网络的局限，采用了公开化、标准化、全分布式结构的解决方案。当需要增加现场总线设备时，可就近连接在现有现场总线网段上。2.可互操作性。用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备接入现场总线系统。当产品符合相应的标准和规范，并通过验证测试后，即可实现不同产品间的互操作。3.全数字化通信。信息传输全数字化，免去了D/A、A/D转换，信息量大大增加，传输抗干扰能力强，减少了传输误差，提高系统的可靠性。4.现场设备智能化。传感测量、补偿计算、工程量处理与基本控制等功能可在现场总线设备中完成，缩短控制周期。5.可靠性高、维护性好。对现场设备可以进行远程诊断、维护和组态，便于安装运行维护。6.降低系统及工程成本。原来需要大量电缆进行点对点连接的设备信号通过一根网络电缆来传输，大大减少DCS的I/O卡件、控制电缆数量，节省了安装工程费用和调试时间。
2现场总线技术在电厂数字化进程中的应用
2.1电气监控系统
在传统的分散控制系统中,电气设备的信号通常会采用硬接线的形式进入,这时需要大量的电气模拟量变送器以及控制电缆,而且会受限于信号采集方式。在数字化电厂的建设中,电气设备的信息一旦滞后,无法进行实时传送,这是会因为信息的不够完全,而不能有效地进行电厂设备的故障分析和诊断,设备管理等数字化电厂的高级技术也受到限制。所以,现场总线技术中的主流技术为电气监控管理系统。这种系统模式在现场总线技术的基础上,连接了单独工作运行的继电保护系统以及测控装置,同时通过电厂现场的智能设备,及时接受完整准确的信息,将控制模式由单一的分散控制系统,逐渐向拥有故障诊断、信息统筹管理、设备利用、自动抄表等高级管理功能的方向不断发展。在数字化电厂中,还具备厂用的系统电能管理设备,有效保护电厂的继电系统,并针对故障进行分析,为电力企业的经营与管理提供更加全面的的保障。
2.2控制层网络
控制中心采用DCS/PLC，冗余配置。控制系统可采用标准的工业以太网设计，上位机配置以太网卡，控制站配置以太网模块，与上游控制系统单向或双向通讯。
同时，控制系统按需求设置DP主站、DP从站、DP/PA耦合器等，与下游的设备共同组成总线型、树型或星型拓扑结构，通过总线连接，实现与上下游系统或设备之间的数字化通讯。设置操作员站和工程师站，用于对各系统的运行实时监控，并可按生产运行的需要控制设备动作、调整控制逻辑和设置参数。
2.3辅助车间现场总线设备数量
1.75kW以下泵、风机类电动机均采用现场总线技术。2.水、灰车间气动门多且相对集中，拟采用带现场总线接口的电磁阀岛+带现场总线接口的DI数据采集卡纳入辅助车间DCS控制。3.对随工艺设备配套供货的控制装置，如各加药装置、澄清池搅拌机、浓缩池刮泥机等拟采用常规方式接入辅控DCS。4.用于安全保护的气体分析仪表拟采用常规方式接入辅控DCS。5.为充分发挥现场总线设备具有的故障自诊断和网络化管理能力，辅控网DCS将配套设置现场总线设备诊断和管理软件1套，其点数不少于本工程辅助车间总线设备管理需要。
2.4发电机组主控系统的应用
对于发电厂中发电机组产生影响的主机和关键辅机，技术人员需要对其应用技术相对成熟的常规控制方法，不需要应用现场总线技术。比如，对于发电机组中负责联锁保护的电磁阀以及开关型气动阀门，技术人员可以应用传统的分布式控制系统；对于热工主辅保护以及关键联锁信号，技术人员需要应用传统的硬接线方式，将事故顺序记录系统（SOE）、主燃料跳闸系统（MFT）、锅炉安全监视系统（FSSS）以及旁路控制系统（BPS）等系统引进到主控系统中；对于由不重要的调节回路进行调节的执行机构来说，技术人员可以应用现场总线控制系统,例如以某热电有限责任公司为例，锅炉二次风系统中的二次风门以及间接空冷系统就采用现场总线技术将二次风门、扇区执行器的开关状态、远方故障等信号远传至主控分布式控制系统中进行监视及操作。对于火力发电厂而言，应用重要调节回路的结构包括给水系统、磨煤机、引送风系统以及气温系统等部件，技术人员需要对其进行常规硬接线，保障火电厂发电机组的稳定可靠运行。对于发电机组应用的现场总线控制系统来说，技术人员需要按照现场总线方式进行智能仪表的连接；按照传统方式进行变送器的连接，因为带有总线接口的变送器较为昂贵，而且变送器中的温度信号并不会体现出发电机组的实际运行状况；按照远程I/O的方式连接主机和辅机的温度测点。需要注意的是，技术人员不可以将开关量仪表连接到现场总线控制系统中。
2.5全厂辅助车间控制系统
电厂辅助车间设备的监控信息主要是开关量，模拟量调节系统相对较少。采用由于进口DCS控制造价偏高，辅助车间控制系统建议采用总线型PLC或国产DCS加现场总线模式，构成对辅助车间工艺系统进行集中监控的控制系统，并通过通信接口将现场设备的实时信息通信到厂级网络。
结语
在智能制造和大数据蓬勃发展的大潮流下，电厂的控制和管理也要与时俱进，电厂在发展过程中不仅要做到控制的自动化，更要着眼于全系统管理的数字化、信息化，充分发挥现场总线技术的优势，加速推进电厂朝着数字化、智能化、智慧化转型。
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