现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用

段振峰

山西省工业设备安装集团有限公司 山西太原 030000

现场总线是指安装在制造或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、串行和多点通讯的数据总线，以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场总线控制系统。由于现场总线技术本身具有的优势及为将来实现现场设备级的数字化创造条件，电厂厂用电控制系统决定采用现场总线技术。

1 现场总线控制系统的基本特征

1.1 开放性

就现场总线控制系统的实际情况来看，电厂机组控制系统主要采用分散控制系统，大多以封闭式结构为主体，此种情况下导致该结构在实际应用中实行设备接入操作时难度较大。相关研究人员加以实践分析后，通过对开放性分层分布网络结构的有效运用，实现节点的分散化布置，提高监控的智能化，促进分布式的控制体系结构的形成，从而在电厂电气控制体系中充分发挥其应用价值。现场总线控制技术在实际应用中具有灵活性，其具有多种结构形式，包括星形结构、环形结构和总线形结构，其通信介质不受限制，通过对同轴电缆和光纤电缆等进行有效应用，有助于提高电厂电气控制系统的运行效率。

1.2 分散性

现场总线技术具有良好的分散性，其在实际应用方式比较灵活，扩建和重组的效率较高，在电气系统实际应用中，应用现场总线技术能够实现电气控制系统设备的校验、调试，一定程度降低了工作人员的劳动强度，进而提高工作效率，维护电厂电气系统的安全稳定运行。

1.3 成本低

与DCS系统相比，现场总线控制系统的结构域OEM技术使得开发周期缩短，从而使得开发的成本降低。而现场总线彻底的分散分布结构使得1对1模拟信号的传输形式变成了1对多的数字信号的传递形式，无疑使得模拟信号传输过程中D/A，A/D转换装置，布线装置等的维修费用与成本降低。因此，整体而言现场总线控制系统比DCS的成本低很多。

2 电厂电气控制系统现场总线的实际应用

2.1 电厂用电控制系统的构成

电厂用电控制系统采用现场总线和DCSI/O相结合的方式，每台机组电气系统设置一套厂用电计算机监控系统，计算机监控系统采用分层分布式结构，网络结构采用三层设备双层网形式。整个系统由主站层、通信子站层和连接主站层与通信子站层的高速光纤以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线构成。厂用电监控系统经过双冗余通讯服务器与DCS通讯进行连接，厂用电监控系统由单元机组厂用电监控系统和公用厂用电监控系统组成。单元机组厂用电监控系统接入单元机组DCS，公用厂用电监控系统通过冗余网络交换机与两台单元机组厂用电监控系统连接，并通过软、硬件闭锁措施仅能接受其中一台机组的厂用电监控系统的操作。主站层设备负责整个系统的集中监控，由1台工程师兼操作员站、双机冗余配置的系统服务器、双机冗余配置的网络交换机、双机冗余配置的DCS接口机、SIS接口机、以及其它网络设备组成。前置层设备即通讯子站层，主要由安装于电气继电器室的多串口通讯服务器即公用接口机和安装在各配电装置内的双冗余通讯管理单元组成。它具有数据处理及通讯功能，用以实现间隔层设备和站控层设备之间信息的“上传下发”，并监视和管理各测控单元等设备。

2.2 电厂现场总线方式的厂用电控制系统优点

（1）电气信息量采集完整。所采集的电气信息量包括所有电流量、电压量、保护动作信息、频率、启动信息、开关状态、控制回路监控信息等。

（2）降低设备成本。采用现场总线控制模式，不仅可以减少大量的DCS隔离器件、端子柜、I/O卡件等的使用，还可以将综合智能测控单元直接安装于开关柜上，在开关柜外用总线进行连接，从而大幅度节约控制电缆。

（3）减少施工和维护工作量。在使用现场总线时，会取消大量的硬接线使用，减少了施工、安装、调试、检修和维护的工作量。

（4）提高厂用电运行的可靠性。FCS可以作为DCS控制的后备，在DCS出现故障时，实现对厂用电的控制和监控。另外，由于各智能测控单元的功能是独立的，且风险散，即使出现测控装置故障，也仅涉及到相关元件，而不影响其他间隔，因而具有可靠性。

（5）提高信息转换的精确度。使用现场总线，可有效避免信号，尤其是4-20mA的模拟信号量在传输过程中的衰减和干扰，从而提高测量精度。

3 现场总线技术在电厂电气控制系统中的应用效果

通过对DCS系统进行观察和分析可知，系统规模往往是影响电气信息及系统运行的重要因素，因此电厂相关工作人员应当对电气引入量进行合理控制，以保证电厂电气控制系统的安全稳定运行。相关实践研究表明，在对现场总线技术进行有效应用后，ECMS系统能够准确的获取电厂电气控制系统的实时运行信息，控制好信息的容量比，将电气智能装置及时纳入到电气监控范围内，便于相关工作人员更加及时准确的掌握电气信息，促进电厂电气控制系统的有效运行，提高电厂工作效率。在对现场总线技术进行有效应用后，便于电气控制系统对控制命令进行有效保留，并准确控制好电气开关状态，通过对现代化的电器遥测和遥感信号等技术的有效应用，便于现场总线及时向DCS系统传递电气信息，一定程度上提高了电气控制系统运行的有效性和可控性。传统DCS系统模拟信号方式逐渐被现代数字化通信方式所取代，通过智能装置的有效利用实现对电压、功率和电流等模拟量进行交流采样，促进就地信息传输的有效实现，降低电缆使用量，切实提高电气控制系统的运行效率。

4 结语

现场总线技术是电厂电气自动化控制系统的发展过程中，应用最为广泛的新技术。现场总线技术在电厂自动化控制中的应用能够不断积累工作经验，及时掌握用户需求，有效提升电厂自动化控制系统运行效果，实现电厂经济可持续发展。