現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在火電廠(chǎng)輸煤系統中的應用

　　1、 引言

　　1991年美國Echelon公司成功推出了lonworks網(wǎng)絡(luò )控制系統，與當前已有的幾種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)相比，lonworks總線(xiàn)以其特有的突出特點(diǎn)：統一性、開(kāi)發(fā)性以及互操作性，成為實(shí)際上的現場(chǎng)總線(xiàn)推薦標準。Lonworks總線(xiàn)技術(shù)的核心是neuron（神經(jīng)元）芯片及其內部固件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(kāi)發(fā)提供了強有力的開(kāi)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點(diǎn)，并將這些節點(diǎn)應用于lonworks網(wǎng)絡(luò )中形成網(wǎng)絡(luò )系統。因此，該總線(xiàn)常被作為工業(yè)生產(chǎn)中檢測與控制中較為流行的總線(xiàn)之一。

　　輸煤系統是火電廠(chǎng)的重要組成部分，其安全可靠運行是保證電廠(chǎng)實(shí)現安全、高效不可缺少的環(huán)節。輸煤系統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(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，lonworks總線(xiàn)能將監測點(diǎn)做到徹底的分散（在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )內可帶32000多個(gè)節點(diǎn)），提高了系統的可靠性，可以滿(mǎn)足輸煤系統監控的要求。火電廠(chǎng)輸煤系統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，系統配備了各種性能可靠的測量變送器。通過(guò)運用Lonworks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將各種測量變送器的輸出信號接入對應的智能節點(diǎn)組成多個(gè)檢測單元，然后掛接在Lonworks總線(xiàn)上，再通過(guò)Lonworks總線(xiàn)與已有的DCS系統集成，實(shí)現了對輸煤系統更加有效便捷的監控。

　　2、 基于Lonworks總線(xiàn)火電廠(chǎng)輸煤系統的基本結構

　　在輸煤系統中，常用的測量變送器一般有以下幾種： （1）開(kāi)關(guān)量皮帶速度變送器（2）皮帶跑偏開(kāi)關(guān)（3）煤流開(kāi)關(guān)（4）皮帶張力開(kāi)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(kāi)關(guān)（9）煤倉煤位開(kāi)關(guān)。

　　每一種測量變送器和其相對應節點(diǎn)共同組成智能監測單元，對需要監測的工況參數進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。監測單元通過(guò)收發(fā)器接入Lonworks總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，可根據監測到的參數進(jìn)行控制和發(fā)出報警信號，系統的結構如圖1所示。




　　3、 Lonworks總線(xiàn)智能節點(diǎn)的一般設計

　　智能節點(diǎn)是總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中分布在現場(chǎng)級的基本單元，其設計開(kāi)發(fā)分為兩種：一種是基于neuron芯片的設計，即節點(diǎn)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點(diǎn)設計，即neuron芯片只完成通信的工作，用戶(hù)應用程序由其它處理器完成。前者適合設計相對簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，后者適應于設計相對復雜的場(chǎng)合。一般情況下，多采用基于芯片的設計。由于智能節點(diǎn)不外乎輸入/輸出模擬量和輸入/輸出開(kāi)關(guān)量四種形式，節點(diǎn)的設計也大同小異，對此本文只給出了節點(diǎn)設計的一般方法。

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




圖2 智能節點(diǎn)基本結構圖

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，主要用于提供對節點(diǎn)的控制，實(shí)施與Lon網(wǎng)的通信，支持對現場(chǎng)信息的輸入輸出等應用服務(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(lái)存放神經(jīng)元芯片的固件（包括LonTalk協(xié)議等）。高16KB空間作為節點(diǎn)應用程序的存儲區。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(gè)I/O引腳，可直接與外部接口電路連接，其功能和應用由編程方式?jīng)Q定。

通信電路
　　通信電路的核心收發(fā)器是智能節點(diǎn)與Lon網(wǎng)之間的接口。目前，Echelon公司和其他開(kāi)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(xiàn)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(shí)鐘。

　?、趶臀浑娐罚河糜谠谥悄芄濣c(diǎn)上電時(shí)產(chǎn)生復位操作。另外，節點(diǎn)還將一個(gè)低壓中斷設備與3150的Reset引腳相連，構成對神經(jīng)元芯片的低壓保護設計，提高節點(diǎn)的可靠性穩定性。

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

　　節點(diǎn)的軟件設計采用Neuron C編程語(yǔ)言設計。Neuron C是為neuron芯片設計的編程語(yǔ)言，可直接支持neuron芯片的固化，并定義了34種I/O對象類(lèi)型。節點(diǎn)開(kāi)發(fā)的軟件設計分為以下幾步：

　?。?）定義I/O對象：定義何種I/O對象與硬件設計有關(guān)。在定義I/O對象時(shí)，還可設置I/O對象的工作參數及對I/O對象進(jìn)行初始化。

　?。?）定義定時(shí)器對象：在一個(gè)應用程序中最多可以定義15個(gè)定時(shí)器對象（包括秒定時(shí)器和毫秒定時(shí)器），主要用于周期性執行某種操作情況，或引進(jìn)必要的延時(shí)情況。

　?。?）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(shí)現事件驅動(dòng)的途徑，是對事件的反應，即當某事件發(fā)生時(shí)，應用程序應執行何種操作。

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

　　4、基于Lonworks總線(xiàn)的火電廠(chǎng)輸煤系統與DCS的網(wǎng)絡(luò )集成

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與傳統的系統DCS系統實(shí)現網(wǎng)絡(luò )集成并協(xié)同工作的情況目前在火電廠(chǎng)中尚為數不多。進(jìn)一步推動(dòng)火電廠(chǎng)數字化和信息化的發(fā)展，逐步推行現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與DCS系統的集成是火電廠(chǎng)工業(yè)控制及自動(dòng)化水平發(fā)展的趨勢。就目前來(lái)講，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與DCS集成方式有多種，且組態(tài)靈活。根據現場(chǎng)的實(shí)際情況，我們知道不少大型火電廠(chǎng)都已裝有DCS系統并穩定運行，而現場(chǎng)總線(xiàn)很少或首次引入系統，因此可采用將現場(chǎng)總線(xiàn)層與DCS系統I/O層連接的集成，該方案結構簡(jiǎn)便易行，其原理如圖3所示。從圖中可以看出現場(chǎng)總線(xiàn)層通過(guò)一個(gè)接口卡掛在DCS的I/O層上,將現場(chǎng)總線(xiàn)系統中的數據信息映射成與DCS的I/O總線(xiàn)上的數據信息，使得在DCS控制器所看到的從現場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)來(lái)的信息如同來(lái)自一個(gè)傳統的DCS設備卡一樣。這樣便實(shí)現了在I/O總線(xiàn)上的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)集成?；痣姀S(chǎng)輸煤系統無(wú)論是在規模上，還是在利用已有生產(chǎn)資源的基礎上，采用該方案都是可行的，同時(shí)也體現了把火電廠(chǎng)某些相對獨立控制系統通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)納入DCS系統的合理性。由此可見(jiàn)，現階段現場(chǎng)總線(xiàn)與系統的并存不僅會(huì )給生產(chǎn)用戶(hù)帶來(lái)大量收益，而且使用戶(hù)擁有更多的選擇，以實(shí)現更合理的監測與控制。




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　　作者簡(jiǎn)介：葉?。?971-），男，山東泰安人，工程師,主要從事繼電保護設計、研究.
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