现场总线技术在电厂的应用考虑.docx
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1、现场总线技术在电厂的应用考虑JIANGF导语:本文概述了现场总线技术的特点及现状,描绘了电厂消费经过的控制特性摘要:本文概述了现场总线技术的特点及现状,描绘了电厂消费经过的控制特性,具体分析了现场总线应用经过中存在的众多问题,明确了在电厂应用现场总线技术的目的,提出了在电厂应用现场总线技术的对策和设想。关键词:现场总线电厂消费经过问题电厂生命周期本钱对策ApplicationThoughtofFieldbusTechniquesinPowerPlantZhao-RuiYangEastChinaElectricPowerDesignInstitute,Shanghai200063Abstract
2、:Thisarticlesummarizedthetechnicalfeaturesandpresentapplicationstatusoffieldbustechniques,describedthecontrolcharactersofthepowerplantprocesses,analyzedthevariousproblemsindetailduringtheapplicationoffieldbus,expressedtheexpectedtargetofusingthefieldbustechniques,raised-outthecountermeasuresandpresu
3、mptionofapplyingthefieldbustechniquesinthepowerplant.KeyWords:Fieldbus,PowerPlantProcess,Problems,Life-cycleCosting,countermeasure1前言在电厂信息化的建立经过中,越来越多的专家、学者和电力工程设计人员意识到推动现场总线技术在电厂应用的重要性和迫切性,已有很多论文提出了基于现场总线技术的控制系统在电厂的应用设想和建议。但到目前为止,在国内已建和在建电厂中,真正意义上的全面和系统地应用现场总线控制系统的实例还未见报道,见诸于文献的还只是部分的试点应用。大家对现场总线技术
4、代表了将来电厂自动化的开展方向均持肯定和积极的态度,但为什么在工程设计中却又难以进入本质性的应用呢?为了便于下面对这个问题的讨论,尽管关于现场总线和现场总线控制系统的涵义已反复在相关文献中进展了阐述,笔者仍然觉得还是有必要先引用国际电工委员会IEC及专家对什么是现场总线及现场总线控制系统作出的定义。根据国际电工委员会IEC61158标准的定义:安装在制造或者消费经过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、多点通讯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FCSFieldbusControlSystem。而衡量一个控制系统是否为真正
5、的现场总线控制系统FCS有三个关键要点,即:核心、根底和本质。FCS的核心是总线协议,只有遵循现场总线协议的控制系统,才能称为现场总线控制系统;FCS的根底是数字智能现场仪表,它是FCS的硬件支撑;FCS的本质是信息处理现场化,这是FCS的系统效能表达。从上述定义可以看出,现场总线控制系统是一种全计算机、全数字、双向通讯的新型控制系统。它与DCS的本质差异在于现场级设备的数字化、网络化,实现了控制装置与现场装置的双向通讯,消除了消费经过监控的信息“盲点。可以讲,现场设备级的数字化、网络化是电厂信息化治理的根底。2现场总线技术的特点及现状CPU技术的开展导致了现场仪表和装置的数字化革命,也使得现
6、场仪表和装置之间的数字通讯成为可能。数字化、智能化的现场仪表和装置如传感器、执行器等不仅仅是替换了420mA模拟系统,更主要的是可以在现场设备中实现控制功能和设备治理功能,而且有了数字通讯,在控制室可以获得现场设备的众多信息,如诊断、量程、组态和标识等。现场总线技术的出现,使得原来需要大量电缆进展点到点连接的诸多现场设备信号可通过一根网络电缆来传输,可以显著减少电缆的使用量及降低相关的材料和安装费用。现场总线技术开发的出发点就是要为用户提供开放的、具有可互操纵性、可互换性和统一标准的测量和控制产品,克制传统DCS和PLC等含有专利性技术的控制系统所带来的封闭性问题,择优选择不同公司的产品,集成
7、最正确的消费经过控制系统,降低工程工程的建造和运营本钱,进步企业的竞争力。综合有关资料的阐述,同传统DCS和PLC控制系统相比,以现场总线技术为根底的控制系统FCS的优越性概括起来有以下几方面:互操纵性分散性可靠性准确性开放性经济性可维护性。这些特点和优越性在相关的文献中有具体的阐述,在此不再赘述。既然有这么多的好处,我们为什么不积极使用呢?这就又引出了现场总线的标准之争以及现场总线自身的局限性问题。首先,现场总线标准之争的结果就是1999年底IECTC65负责工业测量和控制的第65标准化委员会通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。2001年8月经过修订制定出10种类型的现场总
8、线标准第三版,分别为:Type1TS61158现场总线Type2ControlNet和Ethernet/IP现场总线Type3Profibus现场总线Type4P-Net现场总线Type5FFHSE现场总线Type6SwiftNet现场总线Type7WorldFIP现场总线Type8Interbus现场总线Type9FFH1现场总线Type10PROFInet现场总线2003年4月成为正式国际标准除了上述10种标准之外,还有IECTC17B通过的现场总线标准SDSSmartDistributedSystem、ASIActuatorSensorInterface和DeviceNet,以及ISO1
9、1898的CAN协议,还有一些欧洲标准。这么多的标准给用户应用带来了很大的困惑,也就导致了没有事实上的统一标准,由于不同的现场总线标准协议之间是不可以直接进展互连和通讯的。其次,上述各种现场总线是针对不同的应用领域开发的,现场总线自身存在着应用领域的局限性。在工厂自动化领域,离散逻辑控制处于主导地位,由于工厂自动化含有快速挪动的机械,同较慢的经过自动化相比,要有更快的响应。适用于这类场合的现场总线类型有DeviceNet、ControlNet、ProfibusDP及FMS应用行规、以及Interbus、ASIAS-Interface。在经过自动化领域,连续的调节性控制占支配地位,但也包含离散或
10、者开关量控制。适用于这类场合的现场总线类型有FoundationFieldbus,Profibus-PA、WorldFIP等。3.电厂消费经过的控制特点电厂的消费包含了以下几个主要工艺经过:燃料系统煤炭和燃油/气的运输及贮存、热力系统及锅炉和汽轮机发电机组将燃料的化学能转变成热能、热能将水变成蒸汽、蒸汽热能在汽轮机中转变成机械能、再转变为电能、除渣出灰系统燃烧物的固体废弃物处理、脱硫系统大气排放物的处理、水处理系统含净水、锅炉补给水、废水、凝聚水精处理、化学取样和加药等、发配电系统含厂用电系统、升压站等。由此可以看出,电力消费是一个极其复杂的工业经过,它涵盖了工厂自动化和经过自动化的内容。在传
11、统的电厂控制系统形式中,主厂房区域热力消费经过通常采用DCS作为主要的控制系统,其他辅助系统那么采用以PLC为核心控制系统。由于现场级设备主要采用传统的模拟量和开关量信号,消费经过的监控只能到达I/O子系统。在近几年的电力建立经过中,电力消费企业的信息化治理引起了广泛的重视,投入了大量的资金构建辅助控制系统网络、电厂实时监控系统SIS和电厂信息治理系统MIS,而对于现场级的设备仍然采用传统的装置和方式接入控制系统I/O子系统。这对于以预测性设备维护和设备治理为预期目的的信息化建立,无疑是“无源之水。因此解决电厂“信息盲区的根本出路是应用支持现场总线的智能现场设备。4.应用现场总线技术存在的问题
12、尽管现场总线技术具有一系列的特点和诱人的优越性,尽管建立数字化和信息化电厂的呼声越来越高,但在电力设计院和建立单位尝试使用现场总线技术的工程屈指可数。主要的应用障碍在一些文献中已有分析,如:现场总线标准多,用户选择无所适从。支持现场总线标准的智能现场设备的规格和品种较少,支持总线标准的国产设备更少,尤其是针对电厂开发的智能设备,不能知足电厂各专业的需要。支持现场总线标准的智能现场设备价格较高。尽管基于现场总线技术的控制系统软硬件费用与DCS相比持平或者略高,但FCS对于控制系统的设计、建造、调试直至运行、维护的整个工程生命周期本钱同DCS相比确实要低得多。而这种效益往往是投资方和建立单位在工程
13、规划阶段可能不会引起足够重视的问题。连接现场总线设备底层的网络不支持冗余构造。除了上述这些应用障碍之外,笔者以为还有以下一些制约因素限制了现场总线技术在电厂的应用。现有电厂的基建形式。如今电厂控制设备的采购大多是由设计院编制设备标准书,由建立单位组织采购,也有一些设备由施工单位采购,还有的控制装置由主机厂配套或者分包。这种设备的采购方式难以保证按照统一的总线标准供货。根据如今的实际情况,即使标准书中的技术条件特别明确,往往现场到货却是另一回事。不同的现场总线标准是不兼容的,结果化了钱却起不到效果。在设计院内部,自动控制涉及电气专业、热控专业甚至系统专业。这些专业分管的系统和现场设备各不一样。如
14、在主厂房内,泵与风机的开关站SWITCHGEAR和PC、MCC设备归电气管,电动门MCC归热控管。成百个设备在设计和订货时要求电气和热控采用统一的现场总线标准,难度可想而知。投资方、建立单位、施工单位甚至设计院的技术人员对现场总线技术缺乏深化的理解。现场总线是一个新型控制系统,作为现场总线应用的技术人员,尤其是设计院的热控设计人员假如还停留在对DCS的认识程度上是无法设计公道的现场总线控制系统,也不可能发挥现场总线的上风,甚至不能保证现场总线控制系统的正常工作。比方,现场总线FF和Profibus-PA支持总线供电,但对于挂接的现场设备数目和总线的通讯间隔均有限制,还要设置适宜的终端装置,因此
15、必须熟悉把握现场总线及智能设备的特性,才能保证总线设计的正确性。再如,只有FF总线协议支持建立控制策略的编程语言,也就是讲,只有支持FF总线协议的智能设备如阀门定位器可以当作调节器使用,在自身回路执行PID功能,控制功能分散到现场设备,系统功能和故障更加分散,也进一步降低了中央控制器的负载,改善了系统的性能,中央控制器的数目也相应减少了。但Profibus技术没有控制策略的编程语言,也即支持Profibus-PA的现场设备不能实现控制策略,控制必须由中央控制器完成。然而,支持Profibus的产品系列比FF要齐全、广泛。这些特性都必须是在选择现场总线标准时设计人员所必需要考虑的。设计观念的限制
16、。我们一直强调在电厂应用的控制系统必须已有在2台同类型机组3年以上的成功应用业绩。需知现场总线技术已开展了十多年,支持现场总线技术的智能设备已经根本成熟,且在石化等行业得到了广泛应用。由美国电力研究院主持编制的核电厂用户要求文件UDR中已将现场总线作为核电厂控制系统的选项,这对我们在火力发电厂应用现场总线技术应有所启示。缺乏公道的设计周期。如今大多数电厂的工程设计周期被大大压缩,因此从设计院来讲能按常规方案完成设计已经是特别紧张。对于设计人员缺乏创新的机制和动力。在工程中应用新技术总会有一定的风险,这需要设计人员投入大量的精力进展调研和方案论证,但现实往往是对应用新技术的研究没有额外的投入,尤
17、其对新技术的成功应用也并无十分的奖励机制。5电厂应用现场总线技术目的和对策尽管到目前为止市场和工程理论中尚缺乏真正意义上的现场总线控制系统供电厂使用,但不代表我们在现场总线技术方面无所作为。只要我们认清应用现场总线技术的真正目的,克制制约现场总线技术在电厂的应用障碍,我们就能让现场总线技术为电厂自动化和信息化发挥积极的奉献。首先,我们必须在电厂自动化和信息化方案的规划和设计经过中,防止陷入为现场总线而现场总线的误区。应将降低电厂生命周期本钱和以公道的投资建立企业的信息化平台和企业治理体系作为投资方、建立单位和设计院共同追求的目的。基于这样的原那么和指导思想,我们将会实事求是地研究现有控制技术、
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