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现场总线技术规律在国内电力行业的发展

导读: 在电力自动化领域,现场总线经过了从概念到产品、从试点到推广、从小规模试用到大规模应用的发展历程。坚持技术的本质规律,电力自动化将会迎来现场总线的全新时代。

  现场总线系统是自动化领域的一重大技术跨越。这种集成了微机、网络、分布控制技术后建立起一种新的控制结构,将微处理器置于现场设备中,把现场单个、分散的数字化、智能化设备变成网络节点;连接成可以相互沟通信息,将过去采用点到点式的模拟量信号传输或开关量信号的单向并行传输,变为多点一线的双向串行多节点数字式传输的低带宽底层控制网络,为实现现场设备的信息化提供了可能,是数字化电厂的技术基础,正被一步步推上代表未来电力自动化水平的特殊位置。

  新千年最初的10多年时间里,在电力自动化领域,现场总线经过了从概念到产品、从试点到推广、从小规模试用到大规模应用的发展历程。在此过程中,争议从未停止,人们一方面惊叹于现场总线带给自动化系统的全新面貌,另一方面不断地纠结于现场总线带来的新问题。作为电力自动化领域的从业者,笔者一直在近距离地观察着这一有趣的现象,并在思考着,试图从技术发展的本质来揭示现象背后的规律,找到现场总线技术推动电力自动化的发展方向。

  1、东风夜放花千树,10年间现场总线从概念到成功应用

  如果从1999年12月,国际电工委员会投票通过IEC61158现场总线标准算起,至今不过13年的时间。而国内电力自动化领域应用现场总线技术,我们所了解到的大约也始于1999年。这一年,杭州半山发电厂采用南京科远自动化集团公司的控制系统进行了两台135MW机组的自动化改造。为了缩短项目工期,该项目设计时,应用远程I/O来减少电缆施工量,通过现场通讯总线实现与DCS的信号传输。项目选用的DCS具有ProfibusDPV0通讯接口和配套的远程I/O机架,在每台单元机组的控制系统中,通过Profibus从安装在现场的37只远程机箱中,接入1417点I/O信号,占整个系统I/O点数的40%。

  严格地来说,杭州半山发电厂的Profibus应用并不是真正意义上的现场总线应用,而只是一种用于工业现场的具有较高可靠性和实时性的串行通讯协议,当时的国内市场上还没有出现支持现场总线的智能化设备,其传输的也只是过程参数这样的循环数据,还不支持诊断参数这样的非循环数据。然而,通过杭州半山发电厂的探索,现场总线特别是Profibus的可靠性、实时性得到了充分的验证。布置在远程机箱中的I/O卡件、通讯模件经受了现场环境,特别是温度和电磁干扰的考验,为真正意义上的现场总线应用提供了借鉴。

  2004年,在江阴夏港电厂,两台300MW机组的基建项目中,选用了346只具有现场总线接口的低压电动机保护单元,每个电动机保护单元通过ProfibusDPV1的通讯口与控制器交换数据,不仅传输用于操作的循环数据,还传输用于诊断的非循环数据。在国华宁海闭式循环水系统中,通过Profibus连接了电动执行机构;在华能玉环水处理系统中,通过Profibus连接了变送器、电动执行机构和低压电动机保护单元。在这一段时间,随着支持现场总线的智能化设备的出现和成熟,真正意义的现场总线应用从无到有,从小到大的逐步发展起来。通过这一系列的实践,现场总线可减少现场电缆施工,提供丰富的诊断信息的优势得到了认同。同时现场总线的网络结构及布线方案,支持现场总线的智能设备逐步地发展起来。但是现场总线系统总体造价高,对维护人员的技能要求也较高,给用户选择现场总线方案的余地却很小,造成了一定的困扰。

  2009年,为了进行数字化电厂的试点,在华能金陵电厂两台1000MW超超临界机组,进行了国内最大规模的现场总线应用。其主机控制系统和辅机控制系统通过Profibus接入了1500余台总线设备,包括低压电动机保护单元、总线式电磁阀箱、电动门、调节阀、压力和差压变送器等。在这里,现场总线已经不再是作为常规控制系统的补充,而是占据了所有仪表控制系统的50%,成为控制系统参数的主要传输方式。现场总线的可靠性得到了充分验证,能够满足当时最大单机容量机组的控制要求。但是,对于现场总线智能设备提供的诊断信息,缺乏分析管理的方法和工具,没有得到有效的利用。这个问题与较高造价给现场总线的进一步推广造成了不小的障碍。

  以上三批具有典型意义的现场总线应用,分别间隔五年,应用的单机容量越来越大,应用的范围也越来越广,应用的总线标准都是Profibus。作为工业自动化领域的全新技术,现场总线在国内电力行业的应用与国际上没有明显的滞后,基本是同步发展的。这个发展的背后,是中国经济的重工业化带来的对于电力自动化新技术的需求,市场的需求和电力自动化专家群体的超前布局成为推动现场总线技术在国内电力行业应用的强大合力,在10年时间内,现场总线就从国际标准中的概念发展为在电力行业最高水平控制系统上有着成功应用的全新技术。

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