电厂电气控制系统中应用现场总线技术探析

赵启坤

摘 要： 在社会主义经济体制改革不断深入发展的背景下，社会经济形势持续向好，电能消耗也呈现持续增长的趋势，我国的电力事业得到了前所未有的发展。目前，分散式控制系统在我国电力行业得到广泛应用，尽管已经获得了良好的应用效果，但是由于该系统同电气自动化的结合并不深入，因此还要很大的上升空间。本文就将结合具体的工作经验对电厂电气控制系统中的现场总线控制技术进行分析。

关键词：电气控制 现场总线 分析

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）12-0296-01

现场总线技术是一项依托于计算机技术发展起来的工业数据总线技术，它的主要作用使实现现象设备间的数字通信以及设备同高级控制系统之间的通信。现场总线具有优越的可操作性、互用性和结构分散性，目前已经在电力领域得到广泛应用，并被称作电气控制现场总线技术，简称为FECS。

一、电气控制现场总线技术概述

目前大型火力发电厂更加倾向于选择技术成熟、运行稳定的生产技术，这些技术往往环节较多、操作复杂，对现有的电力控制系统提出了更好的要求。由于现场总线技术具有很好的智能型和互操作性，它能够提高电厂电气控制系统的自动化程度，因此在电厂得到广泛应用。

总的来讲，FECS主要集中在运行速率比较低的产品领域，因此未来发展将以稳定低速FECS领域和开拓高速FECS领域为主。高速现场总线主要用于控制网内各种设备之间的互联，这些设备包括控制计算机、PLC设备，他们往往具有较高的智能化水平和较快的处理速度，同时，高速现场总线能够同低速现场总线网络实现通信，真正发挥了对整个网络系统全分散结构的控制。在高速现场总线发展的背景下，高速FECS也实现了较快发展，逐渐突破以往系统的不足，促进了电气控制自动化系统的网络控制结构的完善。

二、FECS的主要控制内容及总线控制系统的控制特点

1.FECS的主要控制内容

现场总线主要通过对电厂发电机组以及变压器等相关设备进行监控来实现对电网的控制。由于FECS的结构较为复杂，因此它能够实现对数量繁多设备进行监控，主要包括：发电机的励磁系统以及变压器、高压厂用及备用电源、主厂房内的低压常用电源以及低压厂用变压器等等。

2.总线控制系统的主要控制特点

总线控制系统具有以下优势，使它在与其他控制系统相比时表现出更加良好的性能。这些优势包括：1）参数更新速度快。总线控制系统中包含有性能良好的计算机系统，它能够对系统监控系统的结果做出迅速反映，实现参数的实时更新。这些参数是电气模拟量对电压等内容模拟的结果，其产生的数字通量中隐含了保护动作等信息。2）智能化水平较高。在电力系统运行的过程中，总线控制系统能够通过逻辑运算方式的编写实现对全部电气设备的智能化控制，提高了控制的准确性，保障了电力设备运行的安全可靠。3）系统控制频率较低。通常情况下，在电力系统运行良好的情况下是不需要对电气设备进行控制的。一旦发生电气故障，需要对切换电源时，继电保护装置和自动装置就发挥作用，完成以编写好的制定动作。同时，总线控制系统具有操作上的灵活性，而且设备的运行稳定性很高，这就使得系统控制的频率往往保持在较低的水平上。

三、 FECS系统的组成及系统方案

1.FECS系统的组成

FECS系统根据工作原理的不同可以分为三层，分别是：间隔层、通信管理层以及站控层。首先，间隔层中包括各种不同型号的保护监测装置、厂用电源的快速切换装置、小电流接地选线装置等。间隔层通过对专门软件的开发来提高系统的整体性能，实现对各种智能装置的完善。同时，它还具有CPU、现场总线、以太网等对外通信的接口。总的来讲，间隔层同类似于电脑的主板，虽然不具备实际具体的功能，但是在整个系统的运行中起到了不能忽视的作用。其次是系统的通信管理层，这一层主要进行操作网络和信息的管理，实现间隔层中各种智能装置以以及发电厂其他智能装置之间以及与上层站控层之间的通信。目前，电厂FECS系统常用的通信方式主要有以太网和现场总线两种，同时随着网络技术的不断发展，不同的网络标准之间也能实现信息的交换。最后是站控层，站控层中包括计算机硬件系统以及各种专业的应用软件，硬件包括服务器和工作站，软件则包括完成电厂故障判断等功能的各种专业软件，同时还包括与下层设备进行通信的网络接口。

2.FECS系统方案

FECS系统中，不同类型的发电机组通过不同的方式实现监控，一般电厂的大型发电机以及相关的电气设备通过“通信+硬接线”的监控方式。同时，FECS系统能够同分散控制系统通过网络实现信息沟通，减少了信息重复的情况，对降低设备以及运行维护成本具有很大的帮助。本文将主要分析大型电动机及其电气设备的FECS系统方案。

一般电厂的大型发电机以及相关的电气设备通过“通信+硬接线”的监控方式。其中，电动机、低压厂用变压器的监控、监测主要由综合的保护装置完成，回路电流电压、跳合闸现状的状态等将通过综合保护装置通过网络传送到现场总线，并最终传送到分散控制系统中的DPU通信接口。断路器的控制指令则通过硬接线传送给分散控制系统中的DO、DI卡件中。低压电动机、低压馈线中容量超过100kw的回路主要采用智能断路器，能够在发生电路故障的情况下，及时进行电源的切换，提高保护动作的实施的速度，将电路故障造成的损失降到最低，同时回路电流等信息将通过多功能测控装置传送给现場总线，最终送达分散控制系统中的DPU通信接口。此外，电厂中其他智能电器包括微机保护装置、微机直流系统监控装置等都具有较高的性能和可靠性，同时具备一定的自我诊断能力，这些职能设备产生的各种信息信号能够直接通过现场总线进入FECS系统的主控制单元。

四、FECS系统在电厂电气控制中的应用效果

1.FECS系统的优点

FECS系统具有较为严谨的层次结构以及稳定的性能，能够妥善完成各种监控任务，在具体应用中，它表现出来的主要优势包括以下几点：1）电气信息量采集完整。FECS系统能够采集的电气信息量包括电流、电压、保护动作信息、开关状态等等，基本上能够覆盖工作人员把控电厂设备运行情况所需要的所有信息，对于提高系统运行的自动化程度具有很大的帮助。2）降低了设备成本。FECS系统采用现场总线控制模式，大量减少了各种端子柜和卡件的使用，同时降低了智能控制单元的复杂程度，提高了电缆调节的便利性。3）减少了维护检修工作量。FECS系统具有更少的控制电缆这就意味着工作人员的日常电缆维护工作大大减少，同时建设该系统的工作量同其他控制系统相比也更小。4）提高了电厂电气设备运行的可靠性。FECS系统在分散操作系统发生故障时能够实现对电厂电源的监控和控制，此外，由于各电气设备之间的风险的联系关系不紧密，因此一个设备发生故障不会对整个系统的运行产生致命性的影响，大大提高了系统运行的可靠性。5）提高了信息转换的精度。FECS系统能够对信号的传输起到一定的保护作用，减少了信号的衰减，提高了信号的抗干扰能力，大大提高了信息转换的精度，进而提高了整个系统的性能。

2.FECS系统存在的问题

尽管FECS系统相比其他的控制系统在性能和效率方面具有很强的优势，但是在实际应用的过程中，工作人员发现，系统并没有对数据信息进行规范和筛选，导致上传到分散控制系统中的数据量十分庞大，使得数据信息采集的优势并没有完全发挥出来，为此还需要对数据信息采集的流程进行进一步的优化，提高对有用信息的辨识力度，方面运行人员的监控的操作。

结束语

总的来讲，FECS系统是一种优秀的电厂电气控制系统，目前已经全国大多数电厂中得到应用，并取得了良好的应用效果，大大提升了电厂电气设备运行的安全性和稳定性，未来随着相关技术的进一步发展，FECS系统的工作能力还将得到不断优化。

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