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現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火電廠的應用和前景

作者: 時間:2012-09-26 來源:網(wǎng)絡 收藏

20世紀80年代,DCS(數(shù)字式分散)開始進入電站自動化控制領域,由于其在安全生產(chǎn)與經(jīng)濟效益等方面帶來的正面作用是以往任何一種無法與其相提并論的,因此,DCS在電站被廣泛使用。

目前300MW以上機組,無論是國產(chǎn)機組還是引進機組,無一例外采用DCS,就連200MW、100MW機組也在使用DCS來進行改造,甚至于一些自備電廠的25MW、12MW的火電機組也采用DCS系統(tǒng)。

那么,作為20世紀90年代才走向?qū)嵱没?,在自動化領域內(nèi)最為新型的——控制系統(tǒng)(fieldbus control system,FCS),能否也像DCS系統(tǒng)一樣被電站接受并廣為推廣使用

1 FCS與DCS相比較最顯著的特點

根據(jù)國際電工委員會IEC1158定義:安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為

為基礎的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。即:現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)。

DCS與FCS的具體比較如下:
(1) DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng),其控制器功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要,數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關鍵,所以必須整體投資一步到位,事后擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底,信息處理現(xiàn)場化,廣泛采用的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置使得控制器功能與重要性相對減弱。因此,F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低,可以邊用、邊擴、邊投運。

(2) DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng),各公司產(chǎn)品基本互不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng),用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設備連入現(xiàn)場總線,達到最佳的系統(tǒng)集成。

(3) DCS系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成的,必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化,免去了D/A與A/D變換,高集成化高性能,使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。

(4) FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中,縮短了控制周期,目前可以從DCS的2~5次/s,提高到FCS的10~20次/s,從而改善調(diào)節(jié)性能。

(5) DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程,對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是,由于其自身的致命弱點,其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號,無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù),數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息,而不僅僅是單變量信息,并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此,它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)行器等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS系統(tǒng)這點優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無法比擬的。

(6) FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化,與DCS系統(tǒng)相比,可以省去相當數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜,同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積,有專家認為可以節(jié)省60%。

(7)與(6)同樣的理由,F(xiàn)CS系統(tǒng)可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等,同時也節(jié)省了設計、安裝和維護費用,有專家認為可以節(jié)省66%。

對于(6)、(7)兩點應補充說明的是,采用FCS系統(tǒng),節(jié)省投資的效果是勿庸置疑的,但是否如有的專家所說達60%~66%,尚有待給出客觀評價,盡管這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn),筆者認為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果,目前還未找到這些數(shù)字的原始出處。因此,讀者在引用這些數(shù)字時要慎重。

(8) FCS相對于DCS組態(tài)簡單,由于結(jié)構(gòu)、性能標準化,便于安裝、運行、維護。

(9) 用于過程控制的FCS設計開發(fā)要點。這一點并不作為DCS的比較,只是說明用于過程控制或者用于模擬連續(xù)過程類的FCS在設計開發(fā)中應重點考慮的問題。

1) 要求總線本安防爆功能,而且是頭等重要的。
2) 基本監(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的,而且還有滯后效應,因此,節(jié)點監(jiān)控并不需要很快的電子學的響應時間,但要求有復雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主-從之間的集中輪詢制,這在技術(shù)上是合理的,在經(jīng)濟上是有利的。
3) 流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測量,其物理原理是古典的,但傳感器、變送器及控制器應向數(shù)字智能化發(fā)展。
4) 作為針對連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS系統(tǒng),應側(cè)重于低速總線H1的設計完善?!?/P>

2 FCS在的實際應用

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是一個新型的控制系統(tǒng),進入我國的時間還不算長,目前在的應用還處于局部領域使用的階段。


例1:Cegelec Alspa P320系統(tǒng)(見圖1)應用于我國華能珞璜電廠(4×360MW)二期工程(2×360MW)機組的自動控制。該系統(tǒng)有31個雙冗余WorldFIP網(wǎng)絡,16個監(jiān)視和控制站,32臺冗余PLC,處理18000I/O點,50000點控制數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用雙絞線媒體,操作站冗余并有后備站,系統(tǒng)典型的響應時間為50ms。
 
華能珞璜電廠二期工程是從法國GEC ALSTOM集團全套引進的2×360?MW燃煤發(fā)電機組。鍋爐由STEIN公司提供,汽輪機由STG公司提供,發(fā)電機由STG公司提供。已于1998年底全部投運發(fā)電


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