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摘要：本文结合火力发电厂的工艺特点分析了现场总线技术的特点，通过建设投资成本、施工难度、可靠性等方面与传统DCS进行比较，得出现场总线技术适用的工艺系统范围以及现阶段不宜采用现场总线技术的范围。希望为以后的火力发电厂设计提供借鉴。
关键词：DCS；现场总线；工艺系统
在火力发电行业中，发电机组的控制系统一直采用DCS，传统的DCS是采用集中监控分散控制的控制策略来实现的，采用现场设备与控制系统"一对一"的模式通过模拟量信号和数字量信号来进行通讯，随着自动化技术、网络技术以及系统控制技术的进步，数字化技术逐渐由管理层覆盖到现场设备，这样就产生了现场总线技术，现场总线控制技术是当前自动控制领域内的一项新兴技术，已发展成熟被广泛应用于石油、化工、冶金、市政、建材等不同领域。当前国内许多大型火力发电厂伴随着技术进步已逐步应用了现场总线技术。
一、现场总线技术的优缺点分析
1.由于现场总线系统结构简单，使其相较于传统控制方式在设计、安装、调试、生产运维等方面都具有优越性。优点如下：
（1）节省硬件数量与投资
现场的智能设备具备测量、控制、报警和计算等多种功能，可减少现场变送器数量，减少I/O卡件数量及控制机柜，节省控制室面积，例如南京某燃煤电厂在应用了现场总线技术后，实际现场控制电缆减少了35%。
（2）节省安装费用
现场总线系统由于不再是"一对一"结构，其系统结构及相应的接线十分简单，一条电缆可以连接多个设备，可以减少电缆、端子、桥架等材料的用量，相应的安装费也减少。
（3）减少调试工作量
由于现场总线设备集成化、智能化程度较高，设备单体调试时工作量大大减少。例如现场总线变送器在安装前不用实施校验，此类设备还包括阀门定位器。但是在安装后要结合现场总线设备的特点通过DCS资源管理器调整参数。检查阀门的行程可以通过DCS回路调试时发现问题，这种方法可以降低调试时间和费用。
（4）提高电厂运行维护管理水平
应用了现场总线，可以有效提升电厂设备维护管理水平，有利于控制设备维护、检修以及改造成本。此外，现场控制技术的应用可以设备具有自我诊断功能，对于简单故障可以快速处理，可借助网络通信技术将设备的运行信息传输以控制中心，用户通过终端可以获取到各类设备的运行情况，可以及时解决设备运行中存在的问题，从而避免故障处理不及时引发的直接与间接损失，同时可减少维修人员从维修车间到现场的往返次数，减少巡检时间，维修人员可以有更多的精力用于解决预测性维护，设备维护的人力成本得以降低；利用在线组态功能，维修人员在维修车间或中控室远程控制修改设备运行参数，不需要借助回路接线图，不用到现场查线，提升操作的准确性，提高了维修效率。
2.现场总线技术暴露的问题
（1）当前现场总线技术仍处于不断完善中，其智能化水平以及设备规格的多样性与常规类控制元件相比还较少。而结合电厂工艺特点开发的总线智能设备还不多，因此在选型没有太大的余地。
（2）成套设备供应存在协调问题
当前电厂工艺改造中要解决的核心问题是配供控制设备型号选择，许多厂家针对成套配供设备的选择没有从全局考虑，特别是对于电控方面没有结合工艺控制的需要。另外，部分设计人员由于知识的欠缺，对于现场总线技术没有深入地了解。技术人员针对设备采购没有提出具体的技术要求，加之受到工程进度的影响，技术的应用受到了影响。
（3）工程安装和调试技术要求提高
从安装来看，现场总线系统的优势是工作量较少，但是对于技术标准有较高的要求。比如光纤熔接方法、电缆整体的布局、总线通讯接口的选择等，有些施工需要引入专用设备，有些要采用独特的工艺方法。有些技术不易掌握，但是和传统工艺相比，还存在一定差别，需要采取专门的培训。另外，现场总线技术还涉及到许多新技术的应用，存在多样化的组态参数，难以掌握，在设备调试与运行时存在一定的困难。企业因此需要技术水平高的团队来解决设备调试可能存在的难题。
3.采用现场总线需提前做好预防措施
项目实施中，为达到设计目标，工程参建各方应加强相关技术的储备、与现场总线厂家或相关应用单位开展多方位、多层面的技术交流，还要注重培训技术人员。工程技术人员要主动掌握现场总线技术的相关理论，对现场总线深入理解，提高现场总线技术的应用水平。
在项目设计时，应从功能需求、技术、造价等方面综合考虑，根据工程的实际情况，对各厂家现场总线产品的技术性能参数、产品配套、技术支持、市场信誉、市场占有率、售后服务水平、价格、系统兼容性等方面进行全方位的比较，以保证现场总线系统的应用效果。系统遴选时应采用大品牌、业绩多、配套厂家多、信誉好、产品综合性能突出的产品。此类产品认真执行了行业性标准或国家、国际标准，有利于保证使用方的投资效益。
此外，为保证工程顺利实施，控制系统在方案设计之前应要与DCS厂家展开技术交流，借助交流可以使DCS厂家全面了解本项目控制系统期望的设计目标，在施工方案上有充分的准备。另外，现场总线设计应用还要考虑到现场仪表、控制设备的布置关系，在设计中要结合设备的尺寸、接口方向以及安装位置、网络分段等要素对于系统运行产生的影响。设计工作在实施中，DCS厂家要针对细节问题设计院相互协调。
工艺设备中，成套配供控制系统全部采用现场总线存在一定的困难，设计院应配合业主方在设备招标中时明确技术要求，评标阶段要全面考虑；在项目实施中，业主方要召集各个设备厂家共同对系统设计、设备采购的技术要求进行讨论，确保方案的可行。
DCS厂家要依据总线标准，提供以往工程实践中性能可靠的变送器、分析仪表、执行机构等厂商名单。也可以通过DCS提供现场设备，保证现场总线控制系统可以达到更好的效果。
二、各工艺系统采用两种技术的应用分析
（1）在火电厂的机组运行中，工艺系统的控制是关键，因此要保证机组运行的可靠性，需要系统具有较高的响应速度：事故停炉保护系统（MFT）针对锅炉本体具有保护功能。汽机运行借助数字电液控制装置（DEH）可以保证转速稳定，可以对负荷加以精准控制。汽机的控制模块具有紧急响应系统（ETS），汽机动态监测系统（TSI）、旁路反馈系统（BPC）等系统。当前现场总线技术的信息处理速度和信号稳定性有得以提升，过多系统的应用会存在相互干扰，现场总线存在一定的技术风险，采用更加成熟的控制方法较为合理。随着总线技术的进一步发展，待积累了较多的应用经验以后，再逐步研究以上系统应用总线的可行性。
（2）机组事故的数据采集（SOE）要求具有1ms的响应时序。当前总线设计中多接入了SOE。辅机设计有跳闸接点。比如如主、辅机发生跳闸，发生原因多是由于控制器逻辑判断发生错误。另外为保证SOE识别率，仍采用常规SOE卡比较合适。
（3）6KV或10KV电动机由于具备总线接口的智能产品应用较少，以及变频设备考虑到电磁干扰的因素，均不适合采用现场总线。
（4）开关型气动阀门、电磁阀，可根据实际情况部分采用阀岛控制。否则采用现场总线意义不大，也不经济。动态补给水回路、中水处理回路，气动阀门、电磁阀布置比较集中，可以利用总线接口对阀岛加以控制。
（5）开关量仪表装置，如压力开关、温度开关等重要及快速回路采用常规控制方式；主、辅机保护和重要联锁的信号往往涉及机组安全生产运行，硬接线方式更为适合。
综合分析机组的可靠性、系统回路的响应速度、经济性等，可以选择DCS控制：机组重要保护信号、机组重要控制系统、变频设备、开关量仪表等；可考虑采用现场总线的：化学补给水系统、中水处理系统、空压机系统等对机组安全生产运行影响不大的系统以及布置比较集中的开关型气动阀门、电磁阀、显示仪表等。
三、结论
目前，由于现场总线技术在稳定性及可靠性上相较于传统控制方式上还有较大差距，因此在电厂设计时只应用于对机组安全生产运行影响较小的辅助系统以及部分现场仪表，应用范围不大，且在工程建设安装、调试以及后期运维上会存在诸多困难，如总线设备安装要求较高、故障较多且不易排查等。但是现场总线系统的应用，现场设备实现数字化是关键一步，现场总线方案的推广对控制工程造价、提升自动化控制水平具着重要作用。
参考文献：
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