基于CAN总线技术的分布式控制系统在输煤程控中的应用研究

2016-03-12国家电投集团宁夏能源铝业有限公司

电子世界 2016年21期

关键词：程控总线分布式

国家电投集团宁夏能源铝业有限公司王锋

国家电投集团宁夏能源铝业有限公司王锋

本文论述了基于CAN总线技术的分布式控制系统在输煤程控中的应用研究。详细分析了输煤程控系统现状,列举了诸多问题和不足,结合新技术提供了有效的解决方案,具有较强的实用性和可操作性。

CAN总线技术;分布式;输煤程控;应用研究

1 输煤程控系统现状分析

随着我国电力事业的发展,火力发电厂的装机容量也在不断提高,输煤系统的工艺要求以及规模也在不断发生变化。大多数电厂的输煤系统采用PLC作为主控制器,并将输煤工艺中的所有控制逻辑集中在主控制器内,通过铺设大范围的通信电缆,与分布在输煤工艺沿线的就地设备建立通讯,并控制就地的执行机构,以此实现输煤现场所有设备的自动化控制。输煤系统中常见的DI、DO、AI、AO、RTD等类型的变量均需通过专用且独立的通信电缆实现信号传输,导致电缆耗费量极大。且因所有控制逻辑均在主控制器中,导致主控制器负荷较重,且一旦发生故障,则会导致整个系统出现故障,影响输煤程控系统的稳定性。以上技术为目前火电厂的主流方案。

上述方案存在主要问题有:

1)控制电缆消耗大

输煤现场往往占地面积较大,设备较多且分布较为分散,地形也较为复杂,往往需要挖设电缆沟、架设电缆桥架等前序工作,同时需要铺设大量电缆来实现控制功能。导致人工成本、物料成本随着输煤现场的分布范围变化而成倍增长。因此,采用总线技术的分布式控制系统可以大大减少现场电缆的消耗量,同时降低投资成本。

2)施工难度较大

例如某电厂二期工程, 2007年设计,整个程控系统设主控室1个,煤仓层设2个远程站,控制电缆总长度约为180公里。现场需要大量的人力物力进行电缆敷设、查线、校线。直接导致该工程项目的投资成本急剧增加,因此,采用总线技术的分布式控制系统对降低项目总成本是有裨益的。

3)系统可靠性差

由于输煤现场众多设备的控制电缆和动力电缆都需要经过电缆沟、电缆槽架,其间距往往较小,彼此之间存在较强的电磁干扰,这将可能导致控制系统出现错误信号的传输,甚至可能导致现场设备的误动作,存在严重的安全隐患。此外,输煤现场往往条件恶劣,粉尘、潮湿等恶劣工况亦会对通信线路带来恶劣影响,甚至有可能出现线路破皮、断路等现象;再者,所有控制逻辑均集中在主PLC内,一旦主PLC发生故障,将会影响到所有的现场设备,打乱正常的电力生产。同时,控制系统的恢复也存在较大难度。

4)检修与维护工程量大

输煤沿线往往距离较长,电缆一旦出现通信中断,工作人员需要在大量的电缆中,排查坏点。其难度与复杂度可想而知。而且排障的持续时间也较长,影响系统的恢复时间。

2 基于CAN总线的分布式智能控制系统

当前大部分输煤程控系统采用集中式控制,将PLC控制设备集中在控制室,针对以上方案存在的弊端,本文提出了基于CAN总线技术的分布式智能控制系统。该系统将原本集中在主控PLC的大量控制逻辑下放至就地控制器,大大减轻主控PLC运算负担,主控PLC只需完成各分布式控制器之间的协同工作以及与上位机通信即可。同时,将CAN总线技术应用在输煤程控系统中,也是一项重大创新。

通过对国内外现场总线技术发展的现状,以及目前各类现场总线技术在工程中实际应用的效果、方便性、经济性等全方位的比较和分析,本总线智能控制单元采用国际上标准的CAN现场总线技术,只需再另外配置CAN总线网关,即可实现与当今主流PLC控制器的通信。此外,一些先进机电设备,出厂时已经具备CAN总线通信接口,且CAN总线通信的相关设备价格低廉,可以大大减少工程投资;亦可节省大量控制电缆,在减少施工量的同时,节约了材料。

应用CAN总线分布式控制系统,具体思路为:首先将输煤现场的所有被控设备,在就地设置就地控制箱,再在每一个就地控制箱内安装具有逻辑控制功能以及CAN总线通信功能的智能控制器,该控制器负责与现场设备的所有开关量、模拟量建立连接;根据控制器内集成的控制逻辑,完成对现场设备的控制。由于控制逻辑的下放,使得输煤控制室内只需设置PLC主机即可,省去大量数字量、模拟量模块。

采用基于CAN中心的分布式智能控制单元,其CAN总线芯片价格低廉,并且只需一个CAN总线网关,即可与施耐德、西门子等主流PLC主机设备相连接。

总体讲有以下多项优势:

1)降低工程电缆造价

采用CAN总线技术的通信方式,只需配备一根通信电缆即可,所有受控设备挂载CAN总线上,主控PLC通过寻址的方式,完成对所有就地设备的控制,大大减少了电缆消耗量。

2)输煤系统电缆通道减少

由于电缆消耗量的减少,使得电缆铺设、架设的工程量也随之减少,工人在铺设电缆时,不必进行繁琐且具有一定危险性的作业;后期在设备正式运行后,输煤现场巡检人员也不必进行复杂的巡检、维修工作。

3)输煤程控系统更简单

分布式智能控制系统,将现场设备的控制权限下放至就地控制器,使得程控柜的需求量得以减少,节省了程控室空间,进而节约资金和空间成本。主控PLC只需负责与上位机的通信、显示以及与就地设备间的通信,其计算量大大减少,进而提高系统的稳定性和可靠性。输煤程控技术人员在后期维护时,较为简单的程控系统,可以大大减小设备检修的复杂程度。

4)工程施工周期缩短

在输煤程控系统工程建设过程中,电缆敷设、电缆接线工作耗费了现场最大量的时间,部分施工还具有一定危险性。当采用CAN总线方案时,电缆根数极少,极大的减少了工程量,缩短了工程的建设周期,提高了工程的总体效益;同时,也避免了施工过程中可能出现的危险。

5)系统调试时间加快

由于电缆接线工作量的急剧减少,使得现场校线的工作量接近为零,调试人员的工作仅在于软件内对控制画面与控制对象的关联关系进行核对,而不再有现场的校线工作量,极大的缩短了系统的调试时间。同时,该智能控制单元集成了配套设备的控制工艺程序,免去施工人员的二次开发。

6)设备运行维护工作简单

由于接线简单,系统基本上没有电缆的维护工作量,再加上系统的自诊断能力和极高的自动化水平,为维护人员提供了各种故障判断信息,从而极大的减轻了维护人员的工作。同时,每台控制器在功能上相对独立,即使后期出现故障,只需将故障件替换,不会对整个系统造成影响。

7)系统功能扩充能力增强

由于CAN总线技术的特点,新增设备只需设定一个与已有设备不同的通信地址,并设置正确的通信波特率,即可加入到现有输煤程控系统内,CAN总线支持255个通信地址,完全满足输煤程控系统的需求。