現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在電力行業(yè)的應用與發(fā)展前景

　　新千年最初的10多年時(shí)間里，在電力自動(dòng)化領(lǐng)域，現場(chǎng)總線(xiàn)經(jīng)過(guò)了從概念到產(chǎn)品、從試點(diǎn)到推廣、從小規模試用到大規模應用的發(fā)展歷程。在此過(guò)程中，爭議從未停止，人們一方面驚嘆于現場(chǎng)總線(xiàn)帶給自動(dòng)化系統的全新面貌，另一方面不斷地糾結于現場(chǎng)總線(xiàn)帶來(lái)的新問(wèn)題。作為電力自動(dòng)化領(lǐng)域的從業(yè)者，筆者一直在近距離地觀(guān)察著(zhù)這一有趣的現象，并在思考著(zhù)，試圖從技術(shù)發(fā)展的本質(zhì)來(lái)揭示現象背后的規律，找到現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)推動(dòng)電力自動(dòng)化的發(fā)展方向。

　　1東風(fēng)夜放花千樹(shù)，10年間現場(chǎng)總線(xiàn)從概念到成功應用

　　如果從1999年12月，國際電工委員會(huì )投票通過(guò)IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)標準算起，至今不過(guò)13年的時(shí)間。而國內電力自動(dòng)化領(lǐng)域應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，我們所了解到的大約也始于1999年。這一年，杭州半山發(fā)電廠(chǎng)采用南京科遠自動(dòng)化集團公司的控制系統進(jìn)行了兩臺135MW機組的自動(dòng)化改造。為了縮短項目工期，該項目設計時(shí)，應用遠程I/O來(lái)減少電纜施工量，通過(guò)現場(chǎng)通訊總線(xiàn)實(shí)現與DCS的信號傳輸。項目選用的DCS具有ProfibusDPV0通訊接口和配套的遠程I/O機架，在每臺單元機組的控制系統中，通過(guò)Profibus從安裝在現場(chǎng)的37只遠程機箱中，接入1417點(diǎn)I/O信號，占整個(gè)系統I/O點(diǎn)數的40%。

　　嚴格地來(lái)說(shuō)，杭州半山發(fā)電廠(chǎng)的Profibus應用并不是真正意義上的現場(chǎng)總線(xiàn)應用，而只是一種用于工業(yè)現場(chǎng)的具有較高可靠性和實(shí)時(shí)性的串行通訊協(xié)議，當時(shí)的國內市場(chǎng)上還沒(méi)有出現支持現場(chǎng)總線(xiàn)的智能化設備，其傳輸的也只是過(guò)程參數這樣的循環(huán)數據，還不支持診斷參數這樣的非循環(huán)數據。然而，通過(guò)杭州半山發(fā)電廠(chǎng)的探索，現場(chǎng)總線(xiàn)特別是Profibus的可靠性、實(shí)時(shí)性得到了充分的驗證。布置在遠程機箱中的I/O卡件、通訊模件經(jīng)受了現場(chǎng)環(huán)境，特別是溫度和電磁干擾的考驗，為真正意義上的現場(chǎng)總線(xiàn)應用提供了借鑒。

　　2004年，在江陰夏港電廠(chǎng)，兩臺300MW機組的基建項目中，選用了346只具有現場(chǎng)總線(xiàn)接口的低壓電動(dòng)機保護單元，每個(gè)電動(dòng)機保護單元通過(guò)ProfibusDPV1的通訊口與控制器交換數據，不僅傳輸用于操作的循環(huán)數據，還傳輸用于診斷的非循環(huán)數據。在國華寧海閉式循環(huán)水系統中，通過(guò)Profibus連接了電動(dòng)執行機構；在華能玉環(huán)水處理系統中，通過(guò)Profibus連接了變送器、電動(dòng)執行機構和低壓電動(dòng)機保護單元。在這一段時(shí)間，隨著(zhù)支持現場(chǎng)總線(xiàn)的智能化設備的出現和成熟，真正意義的現場(chǎng)總線(xiàn)應用從無(wú)到有，從小到大的逐步發(fā)展起來(lái)。通過(guò)這一系列的實(shí)踐，現場(chǎng)總線(xiàn)可減少現場(chǎng)電纜施工，提供豐富的診斷信息的優(yōu)勢得到了認同。同時(shí)現場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )結構及布線(xiàn)方案，支持現場(chǎng)總線(xiàn)的智能設備逐步地發(fā)展起來(lái)。但是現場(chǎng)總線(xiàn)系統總體造價(jià)高，對維護人員的技能要求也較高，給用戶(hù)選擇現場(chǎng)總線(xiàn)方案的余地卻很小，造成了一定的困擾。

　　2009年，為了進(jìn)行數字化電廠(chǎng)的試點(diǎn)，在華能金陵電廠(chǎng)兩臺1000MW超超臨界機組，進(jìn)行了國內最大規模的現場(chǎng)總線(xiàn)應用。其主機控制系統和輔機控制系統通過(guò)Profibus接入了1500余臺總線(xiàn)設備，包括低壓電動(dòng)機保護單元、總線(xiàn)式電磁閥箱、電動(dòng)門(mén)、調節閥、壓力和差壓變送器等。在這里，現場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)不再是作為常規控制系統的補充，而是占據了所有儀表控制系統的50%，成為控制系統參數的主要傳輸方式?，F場(chǎng)總線(xiàn)的可靠性得到了充分驗證，能夠滿(mǎn)足當時(shí)最大單機容量機組的控制要求。但是，對于現場(chǎng)總線(xiàn)智能設備提供的診斷信息，缺乏分析管理的方法和工具，沒(méi)有得到有效的利用。這個(gè)問(wèn)題與較高造價(jià)給現場(chǎng)總線(xiàn)的進(jìn)一步推廣造成了不小的障礙。

　　以上三批具有典型意義的現場(chǎng)總線(xiàn)應用，分別間隔五年，應用的單機容量越來(lái)越大，應用的范圍也越來(lái)越廣，應用的總線(xiàn)標準都是Profibus。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全新技術(shù)，現場(chǎng)總線(xiàn)在國內電力行業(yè)的應用與國際上沒(méi)有明顯的滯后，基本是同步發(fā)展的。這個(gè)發(fā)展的背后，是中國經(jīng)濟的重工業(yè)化帶來(lái)的對于電力自動(dòng)化新技術(shù)的需求，市場(chǎng)的需求和電力自動(dòng)化專(zhuān)家群體的超前布局成為推動(dòng)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在國內電力行業(yè)應用的強大合力，在10年時(shí)間內，現場(chǎng)總線(xiàn)就從國際標準中的概念發(fā)展為在電力行業(yè)最高水平控制系統上有著(zhù)成功應用的全新技術(shù)。

　　2山重水復疑無(wú)路，現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展伴隨著(zhù)不斷的爭議

　　與任何一種新技術(shù)的發(fā)展過(guò)程類(lèi)似，現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展也總是伴隨著(zhù)質(zhì)疑和爭議。具有代表意義的三個(gè)問(wèn)題是：

　　(1)通訊的可靠性較低，現場(chǎng)總線(xiàn)不能用于關(guān)鍵性場(chǎng)合；

　　(2)通訊的實(shí)時(shí)性不夠，現場(chǎng)總線(xiàn)不能用于高實(shí)時(shí)性要求的控制功能；

　　(3)連接控制系統和現場(chǎng)智能儀表的現場(chǎng)總線(xiàn)，都是看不見(jiàn)摸不著(zhù)的通訊信號，維護人員很難掌握和進(jìn)行故障處理。

　　從現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)本質(zhì)來(lái)看，以上三個(gè)問(wèn)題都是新技術(shù)開(kāi)發(fā)和應用過(guò)程中出現的波折，而不能認定為是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)本身的缺陷。

　　首先來(lái)談?wù)劕F場(chǎng)總線(xiàn)的可靠性問(wèn)題。在現場(chǎng)總線(xiàn)之前，現場(chǎng)的物理信號通過(guò)傳感器轉換成電信號，通過(guò)硬接線(xiàn)電纜將標準的電信號送到控制系統中的I/O卡件，經(jīng)A/D轉換處理成數字信號，最終進(jìn)入控制系統進(jìn)行運算處理。而在現場(chǎng)總線(xiàn)系統中，將現場(chǎng)的D/A轉換、電纜的傳輸、控制系統的A/D三個(gè)環(huán)節簡(jiǎn)化為現場(chǎng)的智能芯片與控制系統直接的通訊。因此，從原理上來(lái)說(shuō)現場(chǎng)總線(xiàn)的可靠性明顯優(yōu)于傳統的硬接線(xiàn)。而且現場(chǎng)總線(xiàn)可以傳輸多點(diǎn)信號，在進(jìn)行冗余設計時(shí)具有比硬接線(xiàn)更好的性?xún)r(jià)比。同時(shí)現場(chǎng)總線(xiàn)具有的診斷功能，能夠更有效防止信號故障，進(jìn)一步提高整個(gè)控制系統的可靠性。因此，從技術(shù)本質(zhì)上來(lái)看，現場(chǎng)總線(xiàn)具有更高的可靠性。關(guān)于可靠性的質(zhì)疑更多的是由于現場(chǎng)總線(xiàn)相關(guān)產(chǎn)品的成熟度問(wèn)題，特別是支持現場(chǎng)總線(xiàn)的智能設備多種多樣，由不同的廠(chǎng)家提供，良莠不齊。