试论现场总线技术在火电厂的应用及前景

（河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450000）

试论现场总线技术在火电厂的应用及前景

王刚建

（河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450000）

本文主要从控制系统功能及其物理分散和数字化电厂两个方面对现场总线技术在火电厂中的实际应用进行简要的分析；结合我们在实践中总结的经验，针对当前的现状，客观的提出国内火电厂在应用现场总线技术的实际使用范围和具体设计原则，并以此帮助我国总线技术的进一步发展。

现场总线技术；实际应用；范围；分析

随着信息科学技术的不断发展，发电企业与信息化之间的联系也越来越紧密，在这种情况下，火电厂的网络信息化水平对其工作效率的影响也越来越大了。其中，火电厂数字化的广度和深度对其信息化的水平起到了决定性的影响。结合实践经验，我们可以将火电厂的控制和管理具体分为3级SIS（管理级）、MIS（车间级）以及DCS（车间级）；随着整个火电厂控制系统的飞速发展，传统的DCS系统由于其控制是单向的，也就是说，它仅仅能够从现场设备中获取到用于控制的信息，而无法搜集到同样重要的维护诊断信息。现场总线技术的出现在客观上旧极大的丰富了现场状态信息，这也使得对远程参数的校正及调整成为了现实，此外，它也为控制系统与设备之间的通讯提供了可操作的平台，换句话来说，它使得电厂数字化管理可以从现场设备及开始。

随着火电厂的各个方面都有了很大的进步，火电厂设计方案中关于如何有效降低工程造价的方法也成为了重中之重。对于工作人员来说，控制系统的物理分散和功能分散成为了降低工程造价最重要的环节。并且，由于DCS控制器起到的作用越来越大，并且，传统DCS在实现降低造价方面做得还不够理想，这就从侧面反映出了物理分散功能的重要性了。从DCS电源柜的分散布置、远程控制站到智能采集前端的合理使用，乃至最后对于集控楼电子设备分散布置的取消，这一系列措施都能够在很大的程度上减少对安装材料的依赖。但是，如果控制系统没有进行根本的改革，而仅仅是优化主厂房的布置，要想实现安装材料的用量就非常的困难。

一、现场总线技术的特点

“安装在制造过程区域的控制室内的自动控制装置间的数字式与现场装置的数据总线”这是国际电工委员会就现场总线技术的相关特点做出的定义解析。

从上面的定义解释中，我们可以看出，要想实际达到开放和互相操作的目的，其不可缺少的条件就是现场总线以及基础的智能现场设备。

二、现场总线技术在国外电厂的成功应用经验

在欧美的一些发达国家，经过多年的试验和实践现在现场总线技术已经能从一些非常小的范围运用到现在的电厂改造等大规模下的实际运用，取得了非常可观的成绩，成功的案例也非常多，例如：美国Xcel能源集团的Omaha公用事业的Nebras-ka机组等。

1确定是否采用现场总线的因素

（1）回路速度必须科学的控制，如果对于控制回路速度的要求很快，已经超出了控制范围，在这种情况下就应该停止现场总线的使用。

（2）现场总线的运用中尽量避免与安全关系联系比较紧密的设备和信号。

（3）可以获得的智能现场设备。

2现场总线协议因素的确定

（1）智能现场设备在其中起到了决定性作用。

（2）在没有特殊情况下，应该尽量避免不同现场总线协议之间的转换。

（3）能够获得更多的设备诊断信息。

（4）客观上来说，还能够获得更多的设备诊断信息。

3现场总线技术对控制逻辑的影响

（1）如果Profibus与MCC之间的连接通讯消失时，就应该考虑其他逻辑。

（2）如果现场的设备不能够实现与控制器之间正常交流，就应该设置其他逻辑以手动切除控制回路的控制。

4电厂工程进度与现场总线设计之间的协调

（1）现场总线设计中分量最重的一个环节应该就算是现场总线网段设计，其原因在于网段设计完成必须是要以现场设备具体位置的确定。

（2）DCS的逻辑和画面设计可以在网段设计完成前进行，但是必须是基于数据库信息建立完毕过后。

5满足FF总线协议的智能设备是否可以采用现场控制

通过实践我们可以看出，这种假设是能够实现的，主要有以下几个原因体现：

（1）调节阀在一般情况下都比较复杂，在现场设备中集成的可能性非常的小。

（2）为了能够保证现场设备能够正常的运作，所有与控制相关的过程点都应该保证在同一个网段上，但是这在现实的实践中是很难实现的。其根本原因在于总线标是FF。

（3）如果要实际运用现场控制，那么就必须将引入1套与所用控制系统的不同算法到控制系统中去。

（4）除了上面提到的三种情况之外，其他情况一般不会运用到现场控制，换句话说，能够对于电厂性能发挥实质性用处的也就只有上述提到的三种情况。

三、现场总线技术在国内的运用

现场总线技术在国内大量机组火电厂辅助车间已经有了一些非常成功的应用经验。

1总线技术在过火电厂采用的局限性

结合实践经验来看，眼下国内主要职能现场设备的情况主要有以下几个方面：

（1）智能变送器。国内主要的智能变送器生产商有Emerson和Honeywell。与进口的智能变送器一样，他们也都是支持现场总线协议的要求。

（2）智能分析仪表。不管是否带有现场总线协议，除氧量分析仪以外，其他基本都来自于进口。

（3）温度测量仪器。国产的温度测量仪器有一个非常明显的特点，那就是都没有自带温度变送器，并且实际使用中的习惯也没有使用温度变送器的习惯。这一点，在温度测量元件中的表现更加明显。就目前的发展形势来看，这种现状要在段时间内有所改变是基本不可能的，从另一方面来说，在温度测量部分要实际应用现场总线的难度就非常大。

（4）气动执行机构。就目前的实际情况来看，基本上只有进口产品，才支持现场总线的调节型气动执行机构。

（5）就目前的实际情况来看，国产电动执行机构基本上都与现场总线协议不兼容。

通过这几点，我们可以看到，就眼下发展的实际情况来看，如果要将现场总线技术广泛的运用，那么就必须依赖大量的进口智能现场设备和相关经验技术；这是由于我国由于客观因素的限定，关于现场总线设计的一些经验和技术相对都比较落后，还不具备独立应付的能力。

2国内火电厂应用的实际方案

从前文的解析我们可以看到，当前火电厂的控制系统应该是FCS和DCS之间的无缝连接，就以智能现场设备在国内的使用状况来看，它更多的是出现在设计环节，因为，这样才能够更加有效的降低工程造价，此外，对于电厂管理效率的提升也有很大的促进作用。

结合眼下实践经验来看，我国火电厂应用现场总线技术的方案主要包括以下几个方面：

（1）通过传统的DCS来控制对机组运行安全有影响的系统，对于与之有一点联系的变送器可以采用Hart协议的变送器来控制；此外，对于电动、气动执行机构则可以通过智能型现场总线产品来控制。

（2）对于机组运行安全影响不大的气动执行机构，在一般情况下都采用现场总线协议智能变送器来控制，电动执行机构则采用支持现场总线的进口有智能电动执行机构。

（3）除去对机组安全系统影响比较大的变送器应该采用Hart协议的变送器外，在没有特殊情况下，其他单元组的变送器也都基本上使用的是现场总线协议智能变送器。

（4）根据实际布置情况的差异，单元机组的电磁阀也能够科学的使用传统的接线方式接入DCS，进而也具备了支持现场总线协议的能力。

（5）火电厂的其他辅助车间在没有特殊情况下，一般都可以运用现场总线技术。

3现场总线技术的实际应用范围

（1）炉前油系统、锅炉的制粉系统、暖风器系统、气动系统、压缩空气系统、吹灰系统以及烟风系统等。

（2）汽机的抽汽系统、凝结水系统、除氧给水系统、汽机本体输水系统、压缩空气系统、高低加疏水系统以及主汽系统等。

（3）发电机的水系统、氢系统以及油系统。

（4）与之相关的所有辅助车间。

结语

就我国的实际运用来看，现场总线技术实际运用到火电厂中，还处在初级的摸索阶段，存在很多的问题和局限性。但是，因为现场总线技术能够很好的降低工程造价，单就这一点来说，现场总线技术在国内火电厂大规模运用应该说是必然的结果。随着技术和经验的不断积累，现场总线技术的技术势必会在国内电厂中有更加广泛的运用。

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