現(xiàn)場總線技術(shù)在火電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1、 引言

　　1991年美國Echelon公司成功推出了lonworks網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，與當前已有的幾種現(xiàn)場總線技術(shù)相比，lonworks總線以其特有的突出特點：統(tǒng)一性、開發(fā)性以及互操作性，成為實際上的現(xiàn)場總線推薦標準。Lonworks總線技術(shù)的核心是neuron（神經(jīng)元）芯片及其內(nèi)部固件lontalk協(xié)議，它既能管理通信，又具有輸入/輸出及控制能力。此外，Echelon公司還為網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)提供了強有力的開發(fā)工具，控制模板和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)工具等，可以很方便地組成智能節(jié)點，并將這些節(jié)點應(yīng)用于lonworks網(wǎng)絡(luò)中形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，該總線常被作為工業(yè)生產(chǎn)中檢測與控制中較為流行的總線之一。

　　輸煤系統(tǒng)是火電廠的重要組成部分，其安全可靠運行是保證電廠實現(xiàn)安全、高效不可缺少的環(huán)節(jié)。輸煤系統(tǒng)的工藝流程隨鍋爐容量、燃料品種、運輸方式的不同而差別較大，并且使用設(shè)備多，分布范圍廣。作為一種具有本安性且遠距離傳輸能力強的分布式智能總線網(wǎng)絡(luò)，lonworks總線能將監(jiān)測點做到徹底的分散（在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可帶32000多個節(jié)點），提高了系統(tǒng)的可靠性，可以滿足輸煤系統(tǒng)監(jiān)控的要求。火電廠輸煤系統(tǒng)一般都采用順序控制和報警方式，為相對獨立的控制單元系統(tǒng)，系統(tǒng)配備了各種性能可靠的測量變送器。通過運用Lonworks現(xiàn)場總線技術(shù)將各種測量變送器的輸出信號接入對應(yīng)的智能節(jié)點組成多個檢測單元，然后掛接在Lonworks總線上，再通過Lonworks總線與已有的DCS系統(tǒng)集成，實現(xiàn)了對輸煤系統(tǒng)更加有效便捷的監(jiān)控。

　　2、 基于Lonworks總線火電廠輸煤系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

　　在輸煤系統(tǒng)中，常用的測量變送器一般有以下幾種： （1）開關(guān)量皮帶速度變送器（2）皮帶跑偏開關(guān)（3）煤流開關(guān)（4）皮帶張力開關(guān)（5）煤量信號（6）金屬探測器（7）皮帶劃破探測（8）落煤管堵煤開關(guān)（9）煤倉煤位開關(guān)。

　　每一種測量變送器和其相對應(yīng)節(jié)點共同組成智能監(jiān)測單元，對需要監(jiān)測的工況參數(shù)進行實時的監(jiān)控。監(jiān)測單元通過收發(fā)器接入Lonworks總線網(wǎng)絡(luò)進行通信，可根據(jù)監(jiān)測到的參數(shù)進行控制和發(fā)出報警信號，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。




　　3、 Lonworks總線智能節(jié)點的一般設(shè)計

　　智能節(jié)點是總線網(wǎng)絡(luò)中分布在現(xiàn)場級的基本單元，其設(shè)計開發(fā)分為兩種：一種是基于neuron芯片的設(shè)計，即節(jié)點中不再包含其它處理器，所有工作均由neuron芯片完成。另一種是基于主機的節(jié)點設(shè)計，即neuron芯片只完成通信的工作，用戶應(yīng)用程序由其它處理器完成。前者適合設(shè)計相對簡單的場合，后者適應(yīng)于設(shè)計相對復(fù)雜的場合。一般情況下，多采用基于芯片的設(shè)計。由于智能節(jié)點不外乎輸入/輸出模擬量和輸入/輸出開關(guān)量四種形式，節(jié)點的設(shè)計也大同小異，對此本文只給出了節(jié)點設(shè)計的一般方法。

　　基于芯片的智能節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)包括控制電路、通信電路和其它附加電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。




圖2 智能節(jié)點基本結(jié)構(gòu)圖

Fig 2 Basic Structure Of Node Based On The Neuron Chip

　　控制電路

　?、偕窠?jīng)元芯片：采用Toshiba公司生產(chǎn)的3150芯片，主要用于提供對節(jié)點的控制，實施與Lon網(wǎng)的通信，支持對現(xiàn)場信息的輸入輸出等應(yīng)用服務(wù)。

　?、谄獯鎯ζ鳎翰捎肁tmel公司生產(chǎn)的AT29C256（Flash存儲器）。AT29C256共有32KB的地址空間，其中低16KB空間用來存放神經(jīng)元芯片的固件（包括LonTalk協(xié)議等）。高16KB空間作為節(jié)點應(yīng)用程序的存儲區(qū)。采用ISSI公司生產(chǎn)的IS61C256作為神經(jīng)元芯片的外部RAM。

　?、跧/O接口：是neuron芯片上可編程的11個I/O引腳，可直接與外部接口電路連接，其功能和應(yīng)用由編程方式?jīng)Q定。

通信電路
　　通信電路的核心收發(fā)器是智能節(jié)點與Lon網(wǎng)之間的接口。目前，Echelon公司和其他開發(fā)商均提供了用于多種通信介質(zhì)的收發(fā)器模塊。通常采用Echelon公司生產(chǎn)的適用于雙絞線傳輸介質(zhì)的FTT-10A收發(fā)器模塊。

附加電路
　　附加電路主要包括晶振電路、復(fù)位電路和Service電路等。

　?、倬д耠娐罚簽?150神經(jīng)元芯片提供工作時鐘。

　?、趶?fù)位電路：用于在智能節(jié)點上電時產(chǎn)生復(fù)位操作。另外，節(jié)點還將一個低壓中斷設(shè)備與3150的Reset引腳相連，構(gòu)成對神經(jīng)元芯片的低壓保護設(shè)計，提高節(jié)點的可靠性穩(wěn)定性。

　?、跾ervice電路：專為下載應(yīng)用程序設(shè)計。Service指示燈對診斷神經(jīng)元芯片固件狀態(tài)有指示作用

　　節(jié)點的軟件設(shè)計采用Neuron C編程語言設(shè)計。Neuron C是為neuron芯片設(shè)計的編程語言，可直接支持neuron芯片的固化，并定義了34種I/O對象類型。節(jié)點開發(fā)的軟件設(shè)計分為以下幾步：

　　（1）定義I/O對象：定義何種I/O對象與硬件設(shè)計有關(guān)。在定義I/O對象時，還可設(shè)置I/O對象的工作參數(shù)及對I/O對象進行初始化。

　?。?）定義定時器對象：在一個應(yīng)用程序中最多可以定義15個定時器對象（包括秒定時器和毫秒定時器），主要用于周期性執(zhí)行某種操作情況，或引進必要的延時情況。

　　（3）定義網(wǎng)絡(luò)變量和顯示報警：既可以采用網(wǎng)絡(luò)變量又可以采用顯示報警形式傳輸信息，一般情況采用網(wǎng)絡(luò)變量形式。

　?。?）定義任務(wù)：任務(wù)是neuron C實現(xiàn)事件驅(qū)動的途徑，是對事件的反應(yīng)，即當某事件發(fā)生時，應(yīng)用程序應(yīng)執(zhí)行何種操作。

　?。?）定義用戶自定義的其它函數(shù) ：可以在neuron C程序中編寫自定義的函數(shù)，以完成一些經(jīng)常性功能，也將一些常用的函數(shù)放到頭文件中，以供程序調(diào)用。

　　4、基于Lonworks總線的火電廠輸煤系統(tǒng)與DCS的網(wǎng)絡(luò)集成

　　現(xiàn)場總線技術(shù)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)DCS系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集成并協(xié)同工作的情況目前在火電廠中尚為數(shù)不多。進一步推動火電廠數(shù)字化和信息化的發(fā)展，逐步推行現(xiàn)場總線技術(shù)與DCS系統(tǒng)的集成是火電廠工業(yè)控制及自動化水平發(fā)展的趨勢。就目前來講，現(xiàn)場總線技術(shù)與DCS集成方式有多種，且組態(tài)靈活。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，我們知道不少大型火電廠都已裝有DCS系統(tǒng)并穩(wěn)定運行，而現(xiàn)場總線很少或首次引入系統(tǒng)，因此可采用將現(xiàn)場總線層與DCS系統(tǒng)I/O層連接的集成，該方案結(jié)構(gòu)簡便易行，其原理如圖3所示。從圖中可以看出現(xiàn)場總線層通過一個接口卡掛在DCS的I/O層上,將現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息映射成與DCS的I/O總線上的數(shù)據(jù)信息，使得在DCS控制器所看到的從現(xiàn)場總線開來的信息如同來自一個傳統(tǒng)的DCS設(shè)備卡一樣。這樣便實現(xiàn)了在I/O總線上的現(xiàn)場總線技術(shù)集成?；痣姀S輸煤系統(tǒng)無論是在規(guī)模上，還是在利用已有生產(chǎn)資源的基礎(chǔ)上，采用該方案都是可行的，同時也體現(xiàn)了把火電廠某些相對獨立控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線技術(shù)納入DCS系統(tǒng)的合理性。由此可見，現(xiàn)階段現(xiàn)場總線與系統(tǒng)的并存不僅會給生產(chǎn)用戶帶來大量收益，而且使用戶擁有更多的選擇，以實現(xiàn)更合理的監(jiān)測與控制。




　　參考文獻：

　　[1] 凌志浩. 從神經(jīng)元芯片到控制網(wǎng)絡(luò)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002

　　[2] 李江等. 火電廠開關(guān)量控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2000

　　[3] 鄔寬明. 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編（上）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003

　　[4] 湯同奎等. 隔離多通道Lonworks數(shù)據(jù)采集節(jié)點的設(shè)計[J].化工自動化及儀表, 1999.2（12―13）

　　[5] 李宏毅等. 基于lonworks總線的選煤廠監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].煤炭工程, 2005.10(21―23)

　　作者簡介：葉俊（1971-），男，山東泰安人，工程師,主要從事繼電保護設(shè)計、研究.
雙絞線傳輸器相關(guān)文章:雙絞線傳輸器原理