智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)在電廠(chǎng)除灰系統的應用

1 系統概況

　　華能上海石洞口第一電廠(chǎng)除灰系統主要由倉泵出灰和灰庫等系統構成，系統控制由PLC完成。由于歷史原因，除灰控制系統原先并不屬熱控管轄范圍，系統設計理念陳舊，模擬量信號少，自動(dòng)化水平較低。

　　2008年熱控專(zhuān)業(yè)對除灰控制系統進(jìn)行了一次改造，控制范圍囊括了四臺爐的氣力輸灰、灰庫、灰漿系統。上位機HMI部分改為標準的客戶(hù)機/服務(wù)器結構，配置六個(gè)客戶(hù)端，

　　兩個(gè)冗余服務(wù)器，一個(gè)工程師站和一個(gè)數據庫服務(wù)器。運行人員在客戶(hù)端進(jìn)行操作，畫(huà)面由服務(wù)器提供，工程師站修改程序和畫(huà)面。任何修改只要在工程師站完成，運行人員只要切換畫(huà)面就能對操作畫(huà)面進(jìn)行更新，不需要重啟計算機。

　　為了提升除灰系統的自動(dòng)化水平，這一輪改造后，熱控專(zhuān)業(yè)又著(zhù)手對就地設備進(jìn)行完善。但由于原除灰系統自動(dòng)化水平低，運行人員長(cháng)期手動(dòng)操作，無(wú)法對現場(chǎng)設備提出控制要求。因此我們通過(guò)對就地設備的觀(guān)察，決定增加庫頂風(fēng)機壓差信號、庫底流化風(fēng)機和斜槽流化風(fēng)機壓力信號。

　　2 應用工程簡(jiǎn)介

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)得到了長(cháng)足的發(fā)展，過(guò)程控制領(lǐng)域出現了諸多無(wú)線(xiàn)設備，如無(wú)線(xiàn)壓力、差壓變送器、溫度變送器、無(wú)線(xiàn)定位器等。艾默生的智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)就是其中的一個(gè)代表。華能上海石洞口第一電廠(chǎng)熱控專(zhuān)業(yè)一貫關(guān)注新技術(shù)，考慮到此次改造在灰庫上敷設電纜確實(shí)比較困難，因此決定嘗試一下無(wú)線(xiàn)這樣的新技術(shù)。由于發(fā)電廠(chǎng)普遍采用艾默生的羅斯蒙特變送器，我們此次還是選擇了羅斯蒙特無(wú)線(xiàn)變送器。艾默生以合理的價(jià)格提供了無(wú)線(xiàn)變送器及相關(guān)設備。

　　無(wú)線(xiàn)硬件由無(wú)線(xiàn)變送器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)1420構成，單個(gè)無(wú)線(xiàn)設備之間的可視距離可以達到228米，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和上位控制系統之間有線(xiàn)連接，通訊方式有Modbus 485、Modbus TCP/IP及OPC。上面是羅斯蒙特提供的無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案示意圖，整個(gè)現場(chǎng)設備的改造方案最初設計九臺變送器，后來(lái)由于設計方案的變動(dòng)只用了五臺。設備到貨后，整個(gè)無(wú)線(xiàn)設備系統的安裝與調試完全由熱控工程師完成，期間只是就相關(guān)技術(shù)問(wèn)題咨詢(xún)了艾默生相關(guān)技術(shù)人員。至此，我們在上海的電力系統做了第一個(gè)無(wú)線(xiàn)樣板工程。

　　3 無(wú)線(xiàn)通訊和系統安全性

　　3.1 無(wú)線(xiàn)頻率

　　通常使用的與過(guò)程工業(yè)相關(guān)的ISM頻段有三個(gè)：900MHz、868MHz以及2.4GHz。900MHz頻率最常用于美國，868MHz頻段可以在歐洲大部分地區用于ISM通信，2.4GHz頻段則在全球范圍內適用。2.4GHz頻段實(shí)際上包括了從2.4GHz到2.4835GHz區間，同時(shí)，2.4GHz頻段也是Wi-Fi工作頻段。智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)就工作在這個(gè)頻段。

　　3.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可靠性與安全性

　　智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)的一大特點(diǎn)是采用了自組織網(wǎng)狀拓撲結構，而不是常見(jiàn)的點(diǎn)對點(diǎn)結構。點(diǎn)對點(diǎn)拓撲結構中，每一臺設備直接與網(wǎng)關(guān)通訊，設備與網(wǎng)關(guān)之間的通訊路徑要求完全可視，而這在現場(chǎng)是比較難以做到的；網(wǎng)狀拓撲結構中，每一臺無(wú)線(xiàn)設備都可以作為其他無(wú)線(xiàn)設備的中繼路由，設備與網(wǎng)關(guān)之間無(wú)需完全可視。同時(shí)自組織特性保證了網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)設備至少有兩個(gè)通訊路徑，一旦其中的一條通信路徑由于某種原因被中斷，網(wǎng)絡(luò )會(huì )自動(dòng)利用其它的路徑進(jìn)行通訊，從而確保了智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)在復雜的工廠(chǎng)環(huán)境中依然可靠。

　　智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)將2.4GHz頻段分成16個(gè)更窄的頻段，并采用跳頻技術(shù)，如果在其中的一個(gè)頻段檢測到干擾，網(wǎng)絡(luò )通訊將切換到另外一個(gè)頻段。同時(shí)智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)內置了數據加密與校驗，發(fā)送設備與接受設備之間也需要身份驗證，數據的訪(fǎng)問(wèn)也需要相應的權限才能進(jìn)行。

　　此外，值得一提的是，智能無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備完全由電池供電，這得益于對現場(chǎng)設備進(jìn)行的低功耗改造，使得無(wú)線(xiàn)裝置可以在現場(chǎng)連續工作數年而不用更換電池。其次，其采用的電池包含多項專(zhuān)利，具有本安、防短路等多項特性，可以在危險環(huán)境中隨意更換而無(wú)需采取特殊安全措施。

　　4 實(shí)施方案

　　4.1 廠(chǎng)家自身系統的連接

　　智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由無(wú)線(xiàn)變送器和1420無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)構成。在完成簡(jiǎn)單的配置和現場(chǎng)設備安裝后，1420網(wǎng)關(guān)接通24VDC電源，變送器裝上電池，整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )就可以自動(dòng)上線(xiàn)。