智能仪表在电厂中的应用

黄 敏,张存光（国核示范电站有限责任公司,山东 荣成 264312）

智能仪表在电厂中的应用

黄 敏,张存光
（国核示范电站有限责任公司,山东 荣成 264312）

智能仪表融入了计算机技术和通信技术，大大提高了测量的精度和可靠性，降低了维护工作的难度，更带来了控制和维护工作的本质改变，在电厂中得到了越来越多的应用。但同时也存在着标准不统一、系统部兼容、人员需培训等问题。随着控制系统数字化、电厂仪表智能化的大趋势，智能仪表必将得到更广泛的应用，发挥更大的优势。

智能仪表；电厂；维护；协议标准

1 智能仪表概述

随着新型传感技术、计算机技术和通信技术等在测量领域中的广泛应用，常规功能的测量仪表与微处理器相结合并赋予智能而成为智能仪表，具有了信息监测和信息处理功能。与传统仪表相比，智能仪表在精度、重复性、可靠性、量程比等方面，技术指标高，且便于调校，功能强大可靠，特别是智能仪表的通信能力，为自动控制系统提供了坚实的基础。

2 电厂热工测量介绍

电厂是一个生产环节比较复杂的场所，其热工仪表具有种类多、规模大、易损坏等特点，给仪表维护人员的工作带来很大困难。

电厂的生产环节要求对多种变量进行测量，最常见的包括温度、压力、流量、液位等变量。所用到热工仪表有以下几类：传感器，包括热电阻、热电偶、压力传感器、液位计等；变送器，包括压力变送器、差压变送器、液位变送器、温度变送器等；就地显示仪表，包括压力表、温度计、智能数显仪等；辅助仪表，包括压力校验仪、热工信号校验仪、流量计算仪、压力校验装置、温度校验装置等。另外，广义上的仪表也包括了阀门、电机等设备的定位、控制机构。

电厂热工测量规模比较大，以装机容量30万千瓦的火电机组为例，其仪表控制系统约有7000个IO点，60万千瓦的火电机组则有上万个IO点。

电厂热工仪表所处的环境一般比较恶劣，具有高温、高湿度、高振动、灰尘量大等特点，这些都是比较典型 的环境因素。热工测量仪表长时间处于这样的环境中运行，不可避免地会受到影响，长此以往，仪表便会出现各种故障问题，如线缆老化、绝缘损坏等。

以温度测量仪表为例，热电阻常见的故障包括电阻值偏低、偏高及示值不稳定，主要原因有内部短路、接线端子接触不良、绝缘降低等。热电偶的故障问题主要表现在以下几个方面：一是热电动势小于实际值。原因可能是热电偶内部存在漏电、接线柱短路、内部受潮、补偿导线短路、测量端损坏等；二是热动势大于实际值。原因可能有补偿导线与热电偶种类不符、插入深度不足、接线松动等；三是仪表显示值不稳定。原因可能为热电偶接地短路、热电偶摆动、安装不牢靠、接线柱接触不良等。这些故障常见的排除方法一般是紧固接线端子、清洗烘干、更换线缆元件等。

另外，热工仪表一般需要进行定期维护，例如热电阻需要每周进行一次外部清洁工作，每12个月需要使用二等标准铂热电阻温度计进行一次校准。

3 智能仪表在电厂应用分析

根据实践统计证明，65%的现场仪表维护工作都是不必要的，因为检查完才发现问题的出现是由于其他设备或过程本身的原因，而非仪表的故障；75%从现场拆下来检修的控制阀门最后发现并不需要拆下来；仪表技术员50%的工作时间花在了文案书面工作上。

智能仪表具有数据处理和通信功能，维护人员可以通过智能设备管理系统，对智能仪表、智能阀门定位器等进行在线组态、调整、校验管理、诊断及数据库事件记录，在线获得仪表和阀门的过程信息和诊断信息，同时自动对所有设备的维护信息进行归档，优化了过程仪表和阀门的维护工作，从而为智能设备预防性维护、预测性维护及前瞻性维护提供一体化解决方案。

目前主流智能仪表通过其配套的管理软件能实现如下功能：

（1）远程组态：智能仪表可用通过远程组态功能改变、存储、比较和转换设备组态，例如在切换或替换设备时只需要将组态数据复制到新的设备中即可。设备的组态记录可以远程查看。操作人员也不必进入危险或恶劣的场所就能对变送器进行组态。

（2）状态监测及诊断：智能仪表可以对自身状态进行诊断，并将当前状态和诊断结果输出至远程显示界面。维护人员可以实时便捷地查看设备状态，诊断仪表潜在的故障，实现预测性维护，降低设备故障影响生产安全的可能性。

（3）在线校验：智能仪表可以实现远程校验，即通过累计数据和长期运行曲线，参考同一位置的其他仪表数据，得出零点漂移和增益等校验数据，不需要将变送器从现场拆下到实验室进行标定即可完成仪表的不间断在线校验，大大缩短了仪表校验时间，降低了维护成本。另外，智能仪表可通过软件进行测试方案的定义，设备校验预约和设备校验数据的管理。

（4）数据库文档自动记录：智能仪表所有相关的事件和警报，如：登入信息、组态记录、校验信息、诊断信息、维修记录和报警信息等都可以输出至远程数据库，生成仪表的设备趋势图，用户无需再翻阅历史记录就可以比较设备经常出现的问题，从而找出故障的根本原因。

（5）调试时的快速检查：智能仪表调试时，可以快速进行接线回路测试以及连锁回路测试，并提供仪表投运状况报告，大大减小了调试工作量，缩短调试时间（据统计可减小40%到60%的调试时间），降低调试成本。

现在，智能仪表在新设计建造的电厂和进行技术改造的老电厂中都得到了广泛的应用，例如罗斯蒙特3051型智能压力变送器和SKT型智能温度变送器已经逐渐替代传统的模拟信号传感器。智能仪表目前常见的维护方式有两种，一是使用手持智能终端连接到智能仪表的信号线上，操纵人员就可对仪表的存储器发送与接收信息。通过手持终端，操纵人员还可以在现场接线处设定变仪表的参数，而且一台手持终端又可适用于多台智能变送器；二是智能仪表通过通讯的方式直接连接到仪表控制系统，通过开放的网络结构，智能仪表之间还可以相互通信实现互操作。这种远方通信的方式，大大降低了维护工作量，可以最大程度地发挥智能仪表的优势。

但是，智能仪表在电厂中的应用还处于比较基础的起步阶段，大部分智能仪表被当做普通仪表使用，远远没有发挥出应有的作用。限制智能仪表正常应用的原因主要有以下几点：

（1）总线协议不统一：智能仪表依赖于总线完成信息的传输，而现在工业总线协议很多，例如HART、Mod-Bus、Profi-Bus、CON等都是现在工业现场常用的总线协议。协议之间彼此并不兼容，给智能仪表的设计生产带来很大困难。

（2）和控制系统部不兼容：当前工业现场控制系统的主流是DCS，但常用的DCS对智能仪表的支持并不好，不能完全发挥出智能仪表的优势。在未来，工业控制系统发展到FCS阶段时，智能仪表的功能才能得到充分的应用。

（3）人员培训不足：虽然智能仪表的应用给维护人员带来了很大的便利，但作为一项新的技术，跟以往的传统仪表有很大不同，需要对维护人员进行全面的培训，才能做好智能仪表的维护工作。

4 总结展望

随着我国电厂机组逐渐向高参数、大容量的方向发展，对机组监控系统提出了更高的要求，想要进一步确保机组安全、稳定运行，必须确保热工测量准确、可靠、便于维护。因此，电厂应不断提高热工测量的技术水平，加强热工仪表维护管理工作。而这一切，归根结底只能通过控制系统数字化、电厂仪表智能化来实现。

仪表的智能化，可以大大提高电厂的控制水平，降低故障发生的概率，减少维护人员的工作量，是更加安全稳定运行的必经之路。而智能化的仪表，也需要技术人员不断努力，统一标准、解决与控制系统的兼容问题、总结使用维护经验，才能最大程度地发挥其优势。

[1]陈为金. 探析火电厂热工仪表自动化技术应用[J].科技与企业,2012,9(上):105.

[2]陈晨. 火电厂热工仪表自动化技术及其应用浅析[J].民营科技，2013(05):3.

[3]陈学银.智能温度测量仪表设计探析[J].科技与生活,2010(20):128.

黄敏（1988-），女，工学学士，助理工程师,主要从事：电厂仪表控制方面的工作。