现场总线技术在数字化电厂控制系统设计中的应用研究

王鑫

摘要：这些年以来，人们越来越关注数字電厂的建设，数字电厂指的就是在电厂当中，通过数字化信息的管理来控制整个电厂的生产，并且通过数字网络技术对信息进行传递，实现实时数据共享。另外，依照数字化系统技术来对生产管理进行决策，使其最优化，让电力生产的可靠性和安全性大大提升，将运营成本控制在最低范围内，让现代企业的发展和改革得以实现。本文对现场总线技术在数字化电厂控制系统设计中的应用研究进行分析，以供参考。

关键词：现场总线技术；数字化电厂；应用模式

1 现场总线控制系统的概述

1.1 现场总线系统的综合特点

国际电工与委员会定义电厂总线控制系统的标准是可以在制造和生产的时候进行现场安装设置，对自控装置进行控制的多点、双向、数字通信数据总线，被称为现场总线。它可以和现场智能设备共同完成控制工作，称为现场总线控制系统。现场总线控制系统可以有效控制安装费用和成本，性价比很高，连接附件和导线数量很少。大幅度减少了原来的控制电缆和电缆桥架、接线端子等，让各环节的费用都大大降低，对维护和改造的成本时间等进行了很好的控制，将原来繁琐的布线图、原理图设计逐步简化，并且在安装过程中更为简便快捷，故障诊断系统也让系统的维护工作总量和系统调试量大大降低。

1.2 现场总线技术在数字化电厂的优势

现场总线技术的优势很多，主要在以下几点，首先是互联结构开放现场总线技术将原来的分散控制系统繁琐的结构改变了，通过专业化通信网络的设置使互联结构日趋开放，并且进行了标准化和公开化的配置，只需要直接进行基础设备的添加就可以在最便捷的位置连入到现场总线当中。其次，具有交互操作性，现场总线系统当中，用户可以依照自己的需求对厂家品牌进行选择，只要这些品牌的产品能够达到现场总线的相关标准和规范，经过测试之后，就能连入到现场总线当中，并且不同产品之间可以进行相互操作和控制。第三，数字化水平较高，现场总线运营的时候，通过数字化传播的形式避免数模转换和模数转换，传输效率大大提高，信息量也逐步增大，而且数字化传输技术具有很强的抗干扰能力，避免出现较大的误差，让系统的稳定性和可靠性大大增加，另外是智能化现场总线设备的智能化水平较高，可以进行工程量数值处理、补充计算、传感测量等，让整个系统的控制周期大大缩短，与此同时，还可以远程维护某些现场设备，将发现系统处发生的故障和问题处理掉，让系统的可靠性大大提升，最后成本较低，在信号控制的过程中，由于原先的大量控制电缆逐步缩短为单根电缆，让分散控制系统的电缆总数和i/o卡件进一步减小，让安装调试时间大大缩短，很好的控制了成本。

1.3 常用的几种现场总线

国际电工委员会进行了十几种规格现场总线的设定，在实际操作过程中，pf现场总线和ff现场总线的应用最为广泛，ff的现场总线可以有效控制连续量，pf的离散量控制优越性也很强，在连续量控制的过程中应用也十分广泛。

2 数字化电厂的技术要点

2.1 分散控制系统

在电厂控制中，对于分散控制系统的运用越来越纯熟，在组态配置和设计理念方面逐步完善分散控制系统，主要是以微处理器为控制中心，通过相关的方法，对整个操作的过程进行分散式显示，利用兼容和集中的设计原则，对仪表的系统进行控制，在过程控制过程中，以通信网络为主要基础，对计算机技术、控制技术、显示技术、通信技术等进行融合，基本思想是进行集中操作，分散控制，分级管理，分散控制系统的控制能力很强，而且操作比较简单。在中型发电厂的发电机组控制系统当中，应用非常广泛，比如说监控锅炉、监控管理汽轮机组的电液等，作用十分明显。伴随当前科学系与技术发展的速度进一步加快，现场总线的应用也越来越广泛，相关技术人员也在不断对分散控制技术的要点进行融合，并且增强其优势，改善仪表管理运行过程中出现的问题。

2.2 现场总线控制系统

现在我国的火电机组逐步开始进行数字化，然而在现场相关设备方面没有完全达到数字化水平，所以在现场总线技术使用的过程中需要全面推行信息化，加强设备的数字化水平可以让数字化电厂运行的过程中经济效益最大化，一般的分散控制系统通过一种数字信号管理模式，混合了开关量和模拟量。在使用的过程中，往往只具有单向性，无法达到数字化电厂的要求，在现场总线技术的应用和推广过程中，需要加强现场设备的数字化水平，现场设备的智能化能够将状态信息通过现场总线技术传递出来，为电厂全面数字化提供了基础，与此同时现场总线技术可以让智能设备相关仪表的发展速度进一步加快，让可编程逻辑控制器和传统分散控制系统进行有机结合，并且现场总线技术可以对传统技术当中的各个缺陷进行有效弥补，在构建数字化电厂当中作用非常明显，可以让数字化电厂逐步向系统化、专业化方向发展。

3 数字化电厂现场总线技术的实际应用

3.1 机组主控系统分析

数字化电厂当中，现场总线技术的应用包含了机组主控系统，机组主控系统可以确保整个机组处于安全运行的状态，所以保护系统一般情况下使用常规方式。这种方式比较成熟化，不会将其纳入到现场总线系统当中。热工主要保护信号，一般情况下采用保留硬接线，比如说汽车数字电液的控制、锅炉安全监视系统、汽轮机紧急跳闸系统等。在气动阀门中的应用，一般情况下通过常规方式接入。在一些调节回路中，调节型的执行机构可以将其接入到总线系统当中，在数字化电厂当中某些重要的回路或者环节，比如说引风机，给水等，一般情况下通过常规的硬接线模式进行，而一些不重要的系统，比如说开关、新阀门等需要接入到现场总线当中，现场总线技术的变送器和智能仪表系统以总线方式接入。温度信号往往通过远程I/O的方式对其进行接入，液位表＼温度表＼压力表等一般情况下不接入到现场总线当中。

3.2 电气监控系统分析

分散控制系统当中，电气设备型号一般情况下通过硬接线的方式进行连接。在此过程中，需要控制电缆并且需要使用到很多电气模拟量变送器，这种条件下信号采集方式会大大限制其功能。数字化电厂建设的过程中，如果没有办法实时传送电气设备信息，就会造成电厂设备故障分析和诊断的能力不强.。数字化电厂的高级技术和设备管理等也会受到一定的限制，因此现场总线技术设计的过程中一定要关注电气监控管理系统，这套系统在现场总线技术的的条件下连接单独工作的继电保护系统和测控装置，并且利用电厂的智能管理设备对完整准确的信息进行接收，把控制方式逐步变成具有自动抄表设备、故障诊断等高级技术方面发展。数字化电厂技术还能够监控管理常用系统。

结束语

现场总线是数字化技术的大幅度提升，在本质上是数字通信技术和传统信号的有机结合，对自动控制系统和智能现场设备进行很好的连接。现场总线控制技术的各项功能简易高效，而且节约了装配和使用过程中的大量费用，技术安全度较高。现场总线控制系统具有多项优势，能够支持多节点、双向的通信数据，而且安全可靠，开放性高，现场总线控制技术能够通过PLC系统和DCS进行控制，给电厂控制工作提供了很大的便利。

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