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    一．前言

    近十年來，隨著科學(xué)技術(shù)，尤其是電子計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，DCS分散控制系統(tǒng)日漸成熟，并已在國內(nèi)許多大中小型火電廠中得以廣泛應(yīng)用。使其無論是硬件系統(tǒng)，軟件設(shè)計組態(tài)，還是在運行管理上都積累了很多成熟可信的經(jīng)驗，這對保證電廠安全，可靠，經(jīng)濟(jì)，文明運行起到十分重要的作用。電廠機(jī)、爐、電主控系統(tǒng)工控水平有了很大提高的同時，對各種輔助系統(tǒng)控制管理水平相應(yīng)提高也提出新的要求。輔助控制系統(tǒng)是全廠熱工自動化的重要組成部分，依靠先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)合理有效地提高輔助系統(tǒng)的控制水平是提高全 廠綜合自動化水平，提高電廠運行經(jīng)濟(jì)性；是達(dá)到減人增效，實現(xiàn)“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”，增強(qiáng)電廠的市場競爭力的重要保證。

     電廠化學(xué)水系統(tǒng)作為重要的輔助車間和輔助系統(tǒng)，特別是大型火電廠利供熱電廠的化水處理車間處理量大，工藝復(fù)雜，水質(zhì)要求高，其運營的好壞直接關(guān)系到電廠的安全運行及可靠性。但是，由于電廠化學(xué)水系統(tǒng)對于整個電廠而言是一個相對獨立的系統(tǒng)，與其他主體專業(yè)相 關(guān)性不是很強(qiáng)，同時，電廠化學(xué)水系統(tǒng)因為監(jiān)視控制點比較分散，難以納入傳統(tǒng)DCS控制技 術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化改造，致使化學(xué)專業(yè)自動化水平、信息集成化水平相對落后，已經(jīng)不能滿足現(xiàn) 代化電力生產(chǎn)的需要。在全廠自動化水平大幅提高的同時，提高化水系統(tǒng)的控制水平以滿足 生產(chǎn)需求已是當(dāng)務(wù)之急。

    二．電廠化學(xué)水監(jiān)控管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題

    1．PLC程控方式

    隨著機(jī)組容量的增大，化學(xué)水監(jiān)控量隨之增加，且對系統(tǒng)的各項生產(chǎn)管理的精度要求越來越 高，采用傳統(tǒng)的常規(guī)儀表盤控制方式難以滿足系統(tǒng)的整體控制要求，因此，目前大部分新建 、擴(kuò)建的大容量電廠的化水系統(tǒng)多采川PLC程控方式對該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視控制。通過現(xiàn)場檢測 元刊：將數(shù)據(jù)采集，由不同功能的模塊將數(shù)據(jù)按要求傳至CPU進(jìn)行處理，進(jìn)而完成模擬量的 檢測與控制，實現(xiàn)開關(guān)量的按鈕、限位開關(guān)、電機(jī)啟動器、指示燈、報警器等的連接，開通 過各自的通訊網(wǎng)絡(luò)在計算機(jī)上集中信息，統(tǒng)一處理后在操作員站上實現(xiàn)各種畫面顯示，故障 報警，報表打印，數(shù)據(jù)存儲及各種分析處理，實現(xiàn)化水系統(tǒng)的濾池、澄清池、加藥設(shè)備、過 濾器、剛床、陰床、混床、水箱、泵、風(fēng)機(jī)、酸堿儲存和計量設(shè)備的各項監(jiān)控功能。

    2．常規(guī)儀表盤控制方式

    目前，這種控制方式還有一些電廠里仍在沿川。在就地控制室將大量的反映壓力、溫度、流量及記錄儀等二次儀表安裝在控制盤上進(jìn)行過程的監(jiān)視與記錄，通過操作臺或控制盤上的 開關(guān)或按鈕米實現(xiàn)對現(xiàn)場的泵、風(fēng)機(jī)以及電動門開啟關(guān)閉等操作指令。現(xiàn)場布置有心磁閥箱 配電箱等設(shè)備。

    3．存在的問題

    由于目前PLC程控技術(shù)的發(fā)展以及在輔助系統(tǒng)，尤其是化學(xué)水系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得制造商 清楚地認(rèn)識到輔助系統(tǒng)PLC程控是一塊寶貴資源，不惜重金以各種手段紛紛搶占這塊市場。這樣由于他們的技術(shù)水平各有不同，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也就良莠不齊。尤其在打價格戰(zhàn)的今 天，很多以前在火電廠化學(xué)水系統(tǒng)無有任何業(yè)績的部分廠家憑借低廉的價格，在競標(biāo)中贏得 項目，往往造成該系統(tǒng)獨立，難以進(jìn)行有效的維護(hù)，兼容性能差，開放性能差，甚至不能將信息資源完全共享，從而全面有效地向MIS系統(tǒng)開放，致使化學(xué)水系統(tǒng)成為全廠信息化管理 的孤島。而另一個不可回避的事實則是由于機(jī)組容量的增加，化水等輔機(jī)容量亦相應(yīng)增大，這樣勢必造成PLC控制系統(tǒng)輸入輸出I／O測點的增加，造成各類模件增加，機(jī)柜數(shù)量龐大，系統(tǒng)復(fù)雜。單是龐大的PLC系統(tǒng)硬件這一項就將花費電廠的大筆建設(shè)費用。不少電廠也因價 格昂貴放棄了PLC程控的打算，退而求其次改用常規(guī)儀表盤這種控制方式。

    對于一些規(guī)模較小的火電廠熱電廠，化學(xué)水系統(tǒng)使用常規(guī)儀表盤控制還有其存在的合理性， 但是，現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)日趨大型化，復(fù)雜化，仍采用常規(guī)儀表面對大量信息量和指令量，獨立工作的控制裝置和控制開關(guān)是很難勝任的，將需用很多很長的監(jiān)控儀表盤、臺。重要的是，在信息化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的今天，仍然面向儀表的管理方式己不符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的主流趨勢，具體表現(xiàn)為：

    (1)．手段落后，操作人員工作強(qiáng)度大，需要較多的人員對大量分散的儀表進(jìn)行維護(hù)。

    (2)．與良莠不齊的儀表、控制設(shè)備制造供應(yīng)商打交道，產(chǎn)品質(zhì)量沒有保證，備品備件品種 繁多。同時工藝生產(chǎn)在相當(dāng)程度上還產(chǎn)生對生產(chǎn)廠商的依賴。

    (3)．現(xiàn)在儀表生產(chǎn)方式難以受標(biāo)準(zhǔn)化制約。

    (4)．即便是智能儀表，其功能也無法與計算機(jī)系統(tǒng)相比。

    (5)．年復(fù)一年備品備件的購置，仍是一筆很大的開支。

    由上我們不難看出，傳統(tǒng)的面向儀表的管理必然會隨著科技的發(fā)展而逐步淡出，取而代之的是將更科學(xué)更有前景的新方式。

    三．FCS在化學(xué)水系統(tǒng)的應(yīng)用

    FCS技術(shù)作為第三代DCS的發(fā)展方向，其以全數(shù)字化，全分散化，全開放性的技術(shù)特點將逐步取代DCS成為發(fā)屯企業(yè)主要控制方式，其控制領(lǐng)域?qū)⒏采w到電廠的各個系統(tǒng)。

    1．現(xiàn)場總線及FCS簡介

    1．1 現(xiàn)場總線

    現(xiàn)場總線(Fieldbus)是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)及與控制室之間的全分散，全數(shù)字化，智能，雙向，多變量，多點多站的互連通訊網(wǎng)絡(luò)，也被稱為開放式，數(shù)字式多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表或在傳統(tǒng)的控制儀表上加掛智能模塊 ，使它們各自具有了數(shù)字通信能力，用數(shù)字信號取代4―20mA的模擬信號。采用可進(jìn)行簡單 連接的雙絞線等作為總線，把多個測量儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開規(guī)范的通訊協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機(jī)化測量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。

    其具體含義體現(xiàn)在以下幾個方面：

    (1)．現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)：即用于過程自動化和制造自動化，現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)。

    (2)．現(xiàn)場設(shè)備互連：即現(xiàn)場的傳感器、變送器、執(zhí)行器等設(shè)備可以通過一對傳輸線實現(xiàn)互連。

    (3)．功能塊分散：即將構(gòu)成控制同路的功能塊分散在多臺現(xiàn)場設(shè)備中，使現(xiàn)場設(shè)備不僅具有I／O功能，還八有控制功能，實現(xiàn)徹底的分散控制。

    (4)．互操作性：即不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備可以互相通信并能統(tǒng)一組態(tài)。

    (5)．通信線供電：即現(xiàn)場設(shè)備采川通信線供電，并可以提供本質(zhì)安全。

    (6)．互連網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：即現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互連，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

    1．2 現(xiàn)場總線的類型

    1．2．1 目前國際上是多種現(xiàn)場總線并存，IEC于2000年1月4日公布IEC61 158采用以下8種現(xiàn)場總線類型1：IEC61158技術(shù)報告 (即FF H1)類型2：Control Net (美國Rockwell)  類型3：Profibus (德國Siemens)  類型4：P  NET (丹麥Process Data)  類型5：FF HSE (美國Fisher  Rosemount)  類型6：Swift Net (美國Boyin)  類型7：World FIP (美國A1ston)  類型8：Inter bus (德國Phoenix Contact)

    1．2．2 其余現(xiàn)場總線

    類型1：HART (美國Fisher Rosemount)類型2：CAN (德國Bosch，IS011898，Philips)類型3：LON (Lon Works)(美國Echelon)類型4：Dupline (瑞士Carlo Gavazzi)

    1．3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System簡稱FCS)

    將測控任務(wù)分散到現(xiàn)場設(shè)備中，上位機(jī)只負(fù)責(zé)監(jiān)控一些復(fù)雜的優(yōu)化和先進(jìn)控制功能，F(xiàn)CS用現(xiàn)場總線這一開放的，可操作 的網(wǎng)絡(luò)成為智能設(shè)備或智能模塊的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備或模塊接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計算、參數(shù)修改、報警 、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化能力。同時，控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降 低了安裝成本和維護(hù)費用。因此，F(xiàn)CS實質(zhì)是一種真正的全分散，全數(shù)字化，全開放可互換 及互操作的新型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，現(xiàn)場儀表、PLC、操作員站、丁程師站及上位機(jī)系統(tǒng)都將作為現(xiàn)場總線上的節(jié)點平等地掛在總線上。

    2．FCS技術(shù)在化學(xué)水系統(tǒng)的應(yīng)用

    針對目前火力發(fā)電廠化學(xué)水系統(tǒng)設(shè)備布置分散，汽水取樣、自動加藥、繁多的常規(guī)測點的監(jiān) 控等：1：程現(xiàn)狀，F(xiàn)CS技術(shù)以其全數(shù)字化，全分散性，全開放，可換及互操作性為主要技術(shù) 特點，特別適合于發(fā)電企業(yè)化水系統(tǒng)分散化的現(xiàn)狀。化水系統(tǒng)應(yīng)用FCS技術(shù)，成本低，性能 可靠，實現(xiàn)全數(shù)字化。岡此，改造、建設(shè)一個融監(jiān)測、程控、自動加藥及信息集中上傳MIS 系統(tǒng)于一體的化水綜合自動化平臺已經(jīng)成為化水自動化技術(shù)的主流。作為科技發(fā)展的必然結(jié) 果，F(xiàn)CS在化水及其它輔助系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，必將使電廠的整體控制水平有極大提高，目前 我國部分電廠已開始實施。

    2．1 FCS技術(shù)在化學(xué)水系統(tǒng)應(yīng)用簡介

    簡言之，以現(xiàn)場總線為紐帶，把單個分散的化水系統(tǒng)的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，使它們 連接成可以相互溝通信息，共同完成檢測控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)汽水取樣， 自動加藥，水處理等整個系統(tǒng)的各項功能。為使測量設(shè)備具有數(shù)字通信能力，通常選用植有 CPU的智能儀表或在儀表上加掛智能模塊。目前，具有各種輸入輸出參數(shù)處理算法的內(nèi)含參 數(shù)的模塊，在心廠化學(xué)中應(yīng)用較為廣泛。在化水監(jiān)控管理系統(tǒng)配套使用的功能模塊大致有七 類：

    第一類：化學(xué)水測量模塊，將化學(xué)測量電極信號轉(zhuǎn)換為總線數(shù)字信號。主要包括PH模塊，電 導(dǎo)模塊，鈉度模塊，溶氧模塊等。

    第二類：變送器轉(zhuǎn)換模塊，將多路標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號轉(zhuǎn)換為總線數(shù)字信號。主要包括壓力 轉(zhuǎn)換模塊，流量轉(zhuǎn)換模塊等。

    第二類：測量熱電阻，熱電偶模塊，將熱電阻、熱電偶信號轉(zhuǎn)換為總線數(shù)字信號。

    第四類：開關(guān)量輸入模塊。

    第五類：開關(guān)量輸出模塊。

    第六類：模擬量輸出模塊。

    第七類：專用模塊。主要包括加藥控制模塊：輸入PH信號，輸出4～20mA，監(jiān)控站模塊：與 中央監(jiān)控平臺通信、協(xié)調(diào)控制其它模塊，PLC專用協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊：完成PLC遠(yuǎn)程單元與現(xiàn)場內(nèi) 部協(xié)議轉(zhuǎn)換。

    這些功能模塊，通過組態(tài)設(shè)計，完成化水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，A／D轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，溫度壓力 補(bǔ)償及PID控制等各種功能。

    2．2 FCS技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)水系統(tǒng)具有下列特點：

    (1)．成功地打造了一個融化學(xué)水監(jiān)測、化學(xué)水程控、自動加藥以及信息集中上傳MIS的高度 信息集成、綜合一體化管理的系統(tǒng)。極大的改變了目前電廠化學(xué)水監(jiān)控普遍存在的管理分散 ，技術(shù)落后，設(shè)備配置重復(fù)，系統(tǒng)建設(shè)和改造成本過高及不能將信息有效上傳MIS的現(xiàn)狀。

    (2)．充分采用FCS這一領(lǐng)先技術(shù)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大大簡化。改變了傳統(tǒng)信號采集過程中，成 百上千的現(xiàn)場I／O信號通過各自電纜，向控制室、機(jī)柜匯聚的這種規(guī)模浩大的信號物理連接 模式。系統(tǒng)可維護(hù)性、可靠性大大提高；建設(shè)費用大幅下降；施工簡單易行。

    (3)．大量的化學(xué)水監(jiān)測儀表，如PH值、電導(dǎo)率、溶氧等被總線模塊取代；許多現(xiàn)場變送器 就地集中通過現(xiàn)場總線傳輸，不但降低了成本，而且改變了傳統(tǒng)人工面向儀表管理的落后方 式，諸如：需要較多人員對分散儀表進(jìn)行維護(hù)，經(jīng)常與良莠不齊的儀表供應(yīng)商打交道，備品 備件的資金消耗。

    (4)．FCS技術(shù)的數(shù)字化傳輸，不但精度高，而且?guī)缀鯖]有傳輸誤差，這一點，模擬信號無法 做到。數(shù)字傳輸?shù)牧硪粌?yōu)點是雙向傳輸特性，這一特性使化水FCS對現(xiàn)場的控制能力大大提 高。

    (5)．由于現(xiàn)場總線規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊，不同的廠家設(shè)備均采用相同或相近的組態(tài)方法 。用戶可以靈活選用不同廠家的現(xiàn)場總線產(chǎn)品來組成實際的控制系統(tǒng)，達(dá)到最佳系統(tǒng)集成。 當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展時，可將新設(shè)備連接到現(xiàn)場總線上，不用增加任何組件，只要通過現(xiàn)場總線 對功能模塊利參數(shù)進(jìn)行設(shè)定即可。因此系統(tǒng)易于組態(tài)，擴(kuò)展性強(qiáng)。

    (6)．監(jiān)控站設(shè)計為模塊化形式，體積大為縮小，F(xiàn)CS實現(xiàn)了物理上的分散，電子設(shè)備間的機(jī) 柜數(shù)量大為減少，縮小了電子設(shè)備間的面積，聯(lián)系電纜大為減少，使得FCS與DCS相比結(jié)構(gòu)小 巧靈活。

    四．FCS的發(fā)展前景與展望

    由于FCS在國內(nèi)諸如赤峰等電廠化學(xué)水系統(tǒng)的成功應(yīng)用，大大提高了電廠的整體控制水平， 也為其它電廠化學(xué)水控制水平的提高提供了新的思路。隨著熱工自動化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化 、智能化控制儀表的進(jìn)一步開發(fā)及應(yīng)用，新的控制理論及更加先進(jìn)成熟的控制方式將不斷地 被應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。FCS技術(shù)的飛速發(fā)展必將大面積應(yīng)用于化水系統(tǒng)，使其控制水平跨越 新臺階，并且將帶動FCS技術(shù)在其它輔助系統(tǒng)廣泛應(yīng)剛，進(jìn)而在電廠全面推廣開來。權(quán)威人 士預(yù)言：在自動化領(lǐng)域，21世紀(jì)將是FCS的世紀(jì)。