现场总线技术在火力发电厂电气控制系统中的运用

李土波

摘 要：随着火力发电厂的快速发展，提高其电气控制系统的运行质量成为了重要任务，现场总线技术是一种电气控制系统的重要技术，其在控制投入成本，提高控制质量，简化安装维护上均有重要作用。本文就现场总线技术的优势、系统特点以及注意事项对其在火力发电厂中的应用进行探讨。

关键词：火力发电厂；现场总线技术；电气控制系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.172

1 现场总线技术的主要优势

现场总线技术主要是指将微处理器与现场设备连接起来的一种数据传输纽带，这种连接技术不仅能够实现数据的双向传输，同时其还可作为一种开放条件下实施数字多点通信的底层网络传输方式。

相对较为老式的计算机系统，通常是运用DCS系统来作为设计结构，DCS系统最主要的缺点是其并不属于开放的系统，这使得各个设备之间来进行连接时，主要通过点对点的方式来实现，这标志着，每次的连接都必须通过独立的光缆才能够实现，同时针对I/O控制与互联的设备通常放置在控制柜中，而不是放置在现场，这种情况，一方面不能够实现对现场数据的有效检测和采集；另一方面还可能引起传输期间信号衰减等情况，受到其他因素的干扰，给维护带来极大的不便。因闭合性的特性使得DCS系统不能够进行数据的全面共享，而FCS系统则能够较好的解决上述问题，并表现出以下几点优势：

（1）开放性是FCS系统最大的亮点，基本上很有技术细节可以说都处于公开透明状态，为此，各个设备之间均能够非常顺利的进行数据的相互传输，根据IEC11314的国际标准来完成程序的开发，这使得整个系统的设计和开发均处于开放的状态下，用户能够根据实际需要，进行非常自由的开发，同时其也能够与其他硬件更好的进行兼容[1]。

（2）FCS系统能够在现场直接部署各数据采集设备，这不仅能够快速有效地实现现场检测和采集，同时还可有效避免因进行采集和检测中，因信号传输因其他因素而出现干扰和衰减，且所采集的数据只需要一根电缆即可将现场数据传输到主机中，完成实时处理和分析，除此之外，通过现场数据采集和本地处理的方式，在很大程度上也可实现开销和成本的有效控制，不需要经由多层I/O转换即可实现模拟信号和数字信号之间的相互转换，这种设计在很大程度上为安装与维护带来了便利，通过数字化信号的传输也能够更好的保证信号的准确性和稳定性。

（3）FCS系统在进行设计实现的过程中，其单台的PC机能够对以往需要多台设备才能够实现的任务进行了完成处理，大量设备在并行处理的过程中，很大程度上促使其开发效率得到了提升，从而可实现对开发成本的控制，并且在PC环境下，PLC模块同时具备仿真和调试两项功能，故能够促使开发速度得到提升。

2 火力发电厂两种电气控制系统

2.1 EFCS与ECMS系统

EFCS系统与ECMS系统是目前国内最主要的两种火力发电厂电气控制系统，其中EFCS系统是电气现场总线控制系统，而ECMS系统则主要是指电气控制管理系统。这两种电气控制系统除工作原理基本一致之外，其在信息采集上也基本上相同。

2.1.1 EFCS系统

EFCS系统是一种基于ECMS系统经过大量改进之后提出的系统。首先，该系统可在网络上与DCS系统建立起相互连接，同时也可通过通信的方式与DCS系统进行相互连接，从而实现对ECMS系统弊端的有效避免，并实现对各项信息的有效共享，从而实现对硬接线使用的有效控制，并以此来达到降低投资成本的目的，同时通过这种方式还可有效放置信息的重复采集，使得系统的操作更加的简单边界。EFCS系统要进入到DCS系统主要是通过两种监控方式来实现：（1）“通信+硬接线”，这种监控方式主要应用于大型电动机，简单来说就是指电气设备，包括超过100kW的低压电动机以及高压电动机。尽管在监控时，与传统的硬接线的方式存在一定差异，但操作原理基本相同，故值班人员能够容易上手；（2）“全通信”，这种监控方式应用于小型的电动机。在ECMS系统上，还能够结合实际需要作深入的改进，在对DCS系统进行电气控制的同时，还可建立起报警、监视、统计功能以及电能管理的独立监控系统，这不仅能够减少运行维护人员，达到投资成本的控制，同时还能够独立完成各项功能[2]。伴随着科技的持续快速发展，我国对现场总线技术的相关要求也随之统一化和标准化，各种电气设备也随之更加的成熟，并配置了各种各样的连接端口，随着科学技术的快速推进，未来硬接线监控方式将被完全取代，更多的以“全通信”的方式来进行监控。

2.1.2 ECMS系统

该系统最初是中国电力工程顾问集团所提出的，其主要存在两种电气控制方案，且均是基于现场总线技术设计获得。ECMS系统所具备的两种实现方案均存在一个相同的弊端，即其均无法与DCS系统实现通信连接，这意味着，必须通过I/O硬接线的方式才能够将其接入，使得现场总线无法更好的发挥其作用，同时还会使得大量资本在硬接线投资上被浪费。两种方案分别为：（1）第一种方案：首先，由机组DCS系统来实现电气设备的控制，并对其进行监视管理；其次，由DCS系统对电动机进行控制，在火力发电厂机组的控制中心，配置了ECMS系统操作站，为其配置相应的操作人员，其主要负责电动机管理以及ECMS系统的监测；（2）第二种方案：该方案与第一种方案存在明显的差异，其主要是运用DCS系统来实现对火力发电厂的电动机与电气设备等的控制，通过I/O硬接线来将其与系统进行连接，再由ECMS系统来实现对电动机与电气设备的监视管理[2]。

2.2 EFCS系统配置方案

本文针对现场总线控制系统配置方案的分析，主要从数据采集和网格结构两方向来分析。首先，从网格结构上来说，现场总线控制系统其结构呈现为明显的两层网三层设备，其中两层网主要包括总线网与以太网，其中总线网主要是指通信间隔层与子站层之间相连接的，以太网则主要是指监控主层与其他所有通信子站层之间的连接；三层设备则主要包括通信子站层、监控主层以及间隔层。该结构本就是开放性的分层分布结构，其不仅能够达到系统功能分层的作用，还可发挥分散设备的作用。而在数据采集时，其主要通过通信和硬线连接两种方式实现，其中通信主要是通过信号的方式将其数据传输到DCS系统中，多用于对监测信号进行采集，但需要运用专门的现场总线控制系统和相关监控硬件设备；硬线连接则主要是通过硬线将实现设备和DCS系统的连接，通常应用于一些控制量信号的采集上。

3 现场总线技术的应用效果及注意事项

与普通规格的DCS系统来说，因其规模相对有限，使得系统很难将大量的电气I/O数量引入到系统中。而在应用现场总线控制技术之后，ECMS系统的信息容量在很大程度上得到了提升。这使得原本无法进入到系统监测的不少设备，例如：一些主要的就地电气智能装置，均可达到较好的系统监控效果，从而实现现场采集信息及时传输到系统中，并通过分析处理及时反馈至管理人员。此外，通过现场总线通过通信的方式，将所测得的电气状态、遥测、保护等各项信息快速传输至DCS系统中，而自身仅仅只通过开关位置和命令控制的方式即可对其进行记录。

除此之外，通过就地能装置的充分利用，即可实现模拟量的迅速采集，并通过数字通信将其传输到DCS系统中，例如：电气设备的电压、电流、功能等信号的快速采集，与传统采集相比，这种就地采样的方式，只需要一根专用的通信电缆即可将其数据传输到DCS系统中，这不仅在很大程度上实现了硬接线投入成本的控制，同时也更利于设备的诊断、维护，与此同时，在对设备事故进行记录和追忆时也具有更高的便捷性，ECMS系统还能够选择合理的方式对设备进行相应的运行维护管理，从而运行人员提供更为准确、便捷的信息，促使其事故现场处理效率也随之提升。

在现场总线控制系统的应用中，因其往往涉及到数量巨大和种类繁多的电气设备，加之，目前市面上所销售的电气自动化产品表现出明显的良莠不齐、标准众多。为此，火力发电厂在开发初期，应当尽可能地选取一家具有较强综合实力的供应商，并将其作为此后各种设备采集的首选，通过这种方式保证各设备之间的协调性得到更好的提升，以便能够更好的展现现场总线控制技术的优势，同时通过这种方式处理，也更利于提高设备的使用安全性。

在现场总线技术应用过程中，可结合火力发电厂实际需要以及系统特点给予相应的设计。笔者认为，低于三层的网络更加适用于，现场总线控制系统对网格结构的要求。此外，在通信速率快慢上，现场总线的长短也直接对其带来了影响，总线越长其传输信息的速度也就相应越短。为此，在对节点进行布置的过程中，应通过支路节点的数量来确保其保持在一定范围内，使总线敷设距离能够尽可能地缩短，从而达到保证通信顺畅的目的；与此同时，还应当尽可能地避开信号的干扰。除此之外，在进行安装调试的过程中，应根据正确的方案给予相应的安装，才能够更好的提升系统的运行安全性。

4 结论

总而言之，通过运用现场总线控制技术来实现对火力发电厂电气控制系统的过程中，主要通过对现场各项数据进行采集的方式实现，这不仅能够及时掌握现场系统故障，提高运行安全性、稳定性上具有重要意义，同时通过该技术的应用还可有效实现对电厂成本投入的控制，在提高经济效益上也有显著效果。

参考文献：

[1]文亮.现场总线技术在火力发电厂电气控制系统中的运用研究[J].科技与企业，2014（16）：382.

[2]王秋梅.火力发电厂基于现场总线的电气控制系统方案探讨[J].科技广场，2012（01）：39-41.