現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與專家系統(tǒng)在電廠化驗(yàn)站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要：火電廠因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線與PLC相比較體現(xiàn)的*性而大量投入使用該技術(shù)來提高全廠的自動(dòng)化綜合水平。本文主要想討論現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠輔助車間使用的可行性來驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。
　　
　　一、電廠輔助系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的可行性
　　
　　為了適應(yīng)信息化時(shí)代的需要，火電廠可以通過大量拓展可編程控制器（PLC）和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用范圍來提高全廠綜合自動(dòng)化水平。而現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC比較，無論是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、投運(yùn)及正常運(yùn)行、檢修維護(hù)等方面，都體現(xiàn)了其*性。下面從分析電廠輔助系統(tǒng)特點(diǎn)入手，對(duì)電廠輔助車間應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作簡單的可行性研究。
　　
　　1.1電廠輔助控制系統(tǒng)特點(diǎn)
　　
　　火電廠輔助系統(tǒng)可以大致分為水處理、輸煤、除灰除渣、暖通、脫硫、網(wǎng)控等，其主要特點(diǎn)是:（1）高度分散化:控制室多，距離遠(yuǎn)，分散度大，使用傳統(tǒng)方法應(yīng)用或改造，電纜成本將急劇上升;（2）互聯(lián)互通性差:系統(tǒng)供應(yīng)廠家采用不同的通信協(xié)議，各子系統(tǒng)開放性差，很難互聯(lián)互通，甚至無法上傳至管理信息系統(tǒng)（MIS）;（3）值班人員眾多:每個(gè)控制室需要2-3名值班人員，全廠多達(dá)100~2OOA;（4）設(shè)備維護(hù)量大:設(shè)備種類多，*程度不同，運(yùn)行維護(hù)工作量大。
　　
　　1.2采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的可行性
　　
　　針對(duì)輔助控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，目前已有電廠在輔助車間應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)踐證明采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)效果是明顯的，它可為無人值班或少人值班、實(shí)現(xiàn)全廠實(shí)時(shí)監(jiān)控創(chuàng)造便利條件。
　　
　　（1）利用當(dāng)前高度發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，將智能設(shè)備或模塊拄接在總線上構(gòu)成一個(gè)全分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在保持控制設(shè)備分布的原則下，在主控室集中監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)管控一體化的綜合自動(dòng)化功能，溝通了現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層網(wǎng)絡(luò)之間的，非常適合火電廠輔助系統(tǒng)高度分散化的特點(diǎn)，為*打破自動(dòng)化系統(tǒng)的信息孤島創(chuàng)造了有利條件。
　　
　　（2）利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將相互獨(dú)立的各個(gè)輔助系統(tǒng)集中控制或相對(duì)集中控制，實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)無人值班化，不僅在技術(shù)上是輔助系統(tǒng)控制的重大革新，而且逐步取消了分離的控制室，大量減少運(yùn)行人員，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到減人增效的目的。因此電廠輔助系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是可行的，實(shí)踐證明也是可取的。
　　
　　二、電廠化驗(yàn)站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　現(xiàn)代化大型火電廠的發(fā)展方向是大機(jī)組、高容量、多參數(shù)集中監(jiān)控，對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集的要求也越來越高。水汽品質(zhì)直接影響電廠的生產(chǎn)效率、系統(tǒng)的安全可靠性及設(shè)備的使用壽命，水汽品質(zhì)的參數(shù)必須快速準(zhǔn)確地向監(jiān)控中心、生產(chǎn)車間、化學(xué)車間、局域網(wǎng)傳送。近兒年來，大多數(shù)電廠在在線化學(xué)分析儀表應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，但由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所使用的儀表設(shè)備不同、連接方式不同、通信協(xié)議不同，給系統(tǒng)的兼容性、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性等方面帶來了很大的困難，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)恰恰能解決以上問題。現(xiàn)介紹元寶山發(fā)電廠化驗(yàn)站現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)情況。
　　
　　2.1現(xiàn)場(chǎng)總線控帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況
　　
　　目前上共有40多種各具特色的現(xiàn)場(chǎng)總線，但沒有一種總線能覆蓋所有應(yīng)用領(lǐng)域，而基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。該總線協(xié)議的Hl部份產(chǎn)品巳經(jīng)成功應(yīng)用;它采用設(shè)備描述語言DDL，定義了統(tǒng)一的儀表功能模塊，確保不同生產(chǎn)廠商產(chǎn)品之間的可互操作性和可互替換性;且其所頒布的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范具有一定的性。基于基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的這些優(yōu)點(diǎn)，選擇了SMAR公司的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品SYSTEM302系統(tǒng)。
　　
　　根據(jù)電廠化驗(yàn)站控制系統(tǒng)的要求，現(xiàn)場(chǎng)全部選用智能型儀表。系統(tǒng)組態(tài)軟件選用SYSCON，該軟件集成在模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的SYSTEM302系統(tǒng)中，功能強(qiáng)大，界面友好，可對(duì)SYSTEM302系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行組態(tài)和管理，包括硬件、控制策略、操作接口和通信等。
　　
　　2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　由于監(jiān)控過程的控制量不多，采用的FF現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表數(shù)量也不太多，且考慮了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，本控制系統(tǒng)采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的具有2層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，專家系統(tǒng)集成在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的人機(jī)界面上。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示　　
　　整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)分為2級(jí):監(jiān)控級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。監(jiān)控級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，其通信速率為lOMb/S;現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，其通信速率為31.25kb/s。
　　
　　底層控制網(wǎng)絡(luò)包括2條基金會(huì)Hl總線，通過現(xiàn)場(chǎng)總線鏈路設(shè)備（DFI302，網(wǎng)橋）與操作員站連接，"總線一"掛接6臺(tái)智能溫度變送器（TT302）."總線二"掛接5臺(tái)電流/總線轉(zhuǎn)換器（1F302）和2臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程I/O（DC302）。這些總線設(shè)備通過這2條總線與上層監(jiān)控級(jí)通信。
　　
　　上層監(jiān)控級(jí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化驗(yàn)站控制系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層總線設(shè)備的組態(tài)、診斷及設(shè)備信息管理，并實(shí)現(xiàn)與MIS網(wǎng)的互連，將各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和信息及時(shí)送入MIS，供管理層了解查詢。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化，通信網(wǎng)絡(luò)延伸到現(xiàn)場(chǎng)，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息量大大增加，這些信息除用于控制外，大量的用于維護(hù)、診斷和管理。許多原來需要在現(xiàn)場(chǎng)完成的工作（如校線、診斷、調(diào)試）可方便地在控制室操作站上完成。另外，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與儀表均可在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)下進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài)，實(shí)現(xiàn)*的分散控制，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性，并同樣可隨時(shí)診斷在線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
　　
　　另外，利用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)以及現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的特點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的人機(jī)界面上開發(fā)設(shè)計(jì)化驗(yàn)站專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化驗(yàn)站水汽運(yùn)行的安全監(jiān)督，對(duì)故障狀態(tài)發(fā)出報(bào)警，對(duì)水汽品質(zhì)給出專家分析意見和相應(yīng)的處理辦法。
　　
　　2.3專家系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)
　　
　　專家系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的作用是讓運(yùn)行人員參考、借鑒和運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)專家的經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)運(yùn)行。化驗(yàn)站專家系統(tǒng)是研究水汽取樣、儀表、水汽品質(zhì)分析的故障診斷專家系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行中發(fā)生的故障迸行檢測(cè)和診斷，提出相應(yīng)的參考對(duì)策，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)水汽品質(zhì)提出專家分析意見，以確保故障的提前報(bào)警和盡量避免故障發(fā)生，并給出整個(gè)水汽系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的專家評(píng)審意見。
　　
　　本專家系統(tǒng)采用定時(shí)啟動(dòng)方式以定時(shí)監(jiān)控化學(xué)量參數(shù)。現(xiàn)以發(fā)生"化驗(yàn)站各點(diǎn)水樣溫度均高于40℃這一異常為例，具體介紹專家系統(tǒng)的診斷過程（見圖2）　　
　　如圖2所示，當(dāng)通過現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)檢測(cè)到化驗(yàn)站各點(diǎn)水樣溫度都發(fā)生異常時(shí)，首先處理前臺(tái)部分的功能，如報(bào)警、使監(jiān)測(cè)界面的顏色發(fā)生改變等;同時(shí)，在后臺(tái)啟動(dòng)指標(biāo)異常判斷數(shù)據(jù)庫和故障記錄庫、自動(dòng)診斷庫等。其中，"指標(biāo)異常判據(jù)庫"的作用是提供診斷化學(xué)量參數(shù)異常的判斷內(nèi)容;后臺(tái)啟動(dòng)的"故障記錄庫"的作用是自動(dòng)記載化學(xué)指標(biāo)異常的日期、時(shí)間、故障表現(xiàn)及建議措施等，此項(xiàng)工作是在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行，供日后用戶查詢時(shí)使用;"自動(dòng)診斷庫"是在診斷過程自動(dòng)發(fā)生后，存儲(chǔ)指標(biāo)異常判據(jù)結(jié)果的地方，該庫的作用是供日后或現(xiàn)場(chǎng)查看專家系統(tǒng)的診斷結(jié)果，整個(gè)專家系統(tǒng)的功能可以通過該庫的"診斷結(jié)果"域反映出來。
　　
　　三、系統(tǒng)功能
　　
　　電廠化驗(yàn)站現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有以下方面:
　　
　　（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化驗(yàn)站的全面監(jiān)控（包括對(duì)化驗(yàn)站模擬量信號(hào)和水樣溫度信號(hào)的顯示、溫度信號(hào)越限報(bào)警、參數(shù)設(shè)置、電磁閥的控制等），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無人巡檢，在操作員站即可了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況和各種狀態(tài)參數(shù)，并通過專家系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行判斷、診斷;
　　
　　（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)水汽化學(xué)取樣架所采集的各路水樣的電導(dǎo)率、溶氧量、pH值、鈉、二氧化硅和磷酸根等化學(xué)量的在線監(jiān)測(cè);
　　
　　（3）實(shí)時(shí)信息顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢;
　　
　　（4）運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表記錄;
　　
　　（5）參數(shù)報(bào)警值的實(shí)時(shí)和歷史顯示;
　　
　　（6）對(duì)水汽品質(zhì)進(jìn)行安全監(jiān)督和診斷:化驗(yàn)站水汽監(jiān)督專家系統(tǒng)，對(duì)化驗(yàn)站水汽運(yùn)行進(jìn)行安全監(jiān)督，針對(duì)故障狀態(tài)發(fā)出報(bào)警，并對(duì)水汽品質(zhì)給出專家分析意見和相應(yīng)的處理辦法。
　　
　　（7）實(shí)現(xiàn)與電廠MIS相連，使系統(tǒng)的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)送入MIS，從而可通過網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)、控制、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)備基本信息及故障等信息提供給其他用戶。
　　
　　四、結(jié)語
　　
　　將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電廠輔助控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與專家系統(tǒng)的無縫結(jié)合，促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)信息、監(jiān)控信息和管理信息的融合、交流和互動(dòng)。使基礎(chǔ)自動(dòng)化、管理自動(dòng)化和決策自動(dòng)化有機(jī)結(jié)合，不僅有效地保證了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且也大大提高了電廠的運(yùn)行管理水平。