第２９卷第７期 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎ 甘肃科技 ．２９Ⅳ０．７ ２０１３年４月 Ａｐｒ． ２０１３ 现场总线技术在电力系统中的应用 李水泉，王翔 （兰州军区，甘肃兰州７３００００） 摘要：电力系统是一个庞大而复杂的网络，现场总线技术作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通信 网络，是新一代分布式控制系统的核心技术，在电力行业内，特别是在火电厂、变电站自动控制领域实现信息化、数 字化建设过程中具有广阔的应用远景。 关键词：总线技术；电力系统；应用 中圈分类号：ＴＭＳ１ 现场总线技术简介所谓现场总线，是指安装在 制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与 控制室内的自动控制装置之间的开放式、数字化、串 行和多点通信的数据总线。作为连接生产现场的仪 表、控制器等自动化装置的通信网络，现场总线是 ２０世纪９０年代国际上兴起的新一代全分布式控制 系统的核心技术。它作为工厂数字通信网络的基 础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更 高控制管理层次之间的联系。采用现场总线技术可 以促进现场仪表智能化、控制功能分散化、控制系统 开放化，符合现代工业控制系统领域的技术发展趋 势。 图１现场总线架构 总的来说，现场总线技术主要可分为三级网络 １．２互操作性与互用性 连接四个层次，三级网络分布担负各自的信息传递 互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息 任务。第一级网络，主要是将电机启动器、变频器等 传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性 直接接人ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ网；第二级网络，只要是 能类似的设备可实现相互替换。 通过数字量传感来执行简单的设备操作，如光电开 １．３现场设备的智能化与功能自治性 关、接近开关、行程开关、电磁阀等，这些设备的控制 它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等 主要是通过现场Ｉ／０接入ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ网。第 三级网络，链接客户端和信息监控，主要是将监控服 功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完 务器、现场监控机、ＰＬＣ、独立主机控制段的ＰＬＣ接 成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行 人工业以太网；监控服务器、中央监控机、数据库服 状态。 务器和客户机接入Ｅｎｔｅｒｎｅｔ网［１，２１，如图１所示。 １．４系统结构的高度分散性 现场总线已构成了一种新的全分散性控制系统 １现场总线技术特点 的体系结构。简化了ＤＣＳ，总体可靠性也有所改善。 １．１系统的开放性 １．５对现场环境的适应性 所谓开放系统是指它可以与世界上任何地方遵 工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现 守相同标准的其他设备或系统连接，通信协议一致 场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、 公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。用 同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强 户可按自己的需要和考虑，选择不同供应商的设备 的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可 连人现场总线。 满足本质安全防爆要求等。 甘肃科技 第２９卷 ２现场总线系统组成 现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理 １．６ 网络系统的硬件与软件 网络系统硬件有：系统管理主机、服务器、网关、 协议变换器、集线器，用户计算机等及底层智能化仪 表。网络系统软件有网络操作软件如：ＮｅｔＷａｒｃ， ＬＡＮ Ｍａｎｇｇｅｒ，Ｖｉｎｅｓ，服务器操作软件如Ｌｅｎｉｘ，ｏｓ／２， 系统３个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有 特色的部分。 １．１现场总线控制系统 它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的 Ｗｉｎｄｏｗ ＮＴ。应用软件数据库、通信协议、网络管理 协议等。 软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和 监控软件等。首先选择开发组态软件、控制操作人 机接口软件ＭＭＩ。通过组态软件，完成功能块之间 的连接，选定功能块参数，进行网络组态。在网络运 行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计 算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。 １．２现场总线的测量系统 其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具 有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高 分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具 有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。 １．３设备管理系统 可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信 息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供 的设备制造信息。例如Ｆｉｓｈｅｒ－－Ｒｏｓｅｍｏｕｎｅ公司，推 出ＡＭＳ管理系统，它安装在主计算机内，由它完成 管理功能，可以构成一个现场设备的综合管理系统 信息库，在此基础上实现设备的可靠性分析以及预 测性维护。将被动的管理模式改变为可预测性的管 理维护模式，ＡＭＳ软件是以现场服务器为平台的Ｔ 型结构，在现场服务器上支撑模块化，功能丰富的应 用软件为用户提供一个图形化界面。 １．４总线系统计算机服务模式 以客户机／服务器模式是目前较为流行的网络 计算机服务模式。服务器表示数据源（提供者），应 用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据， 并进一步进行处理。客户机运行在ＰＣ机或工作站 上。服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方 的智能、资源、数据来完成任务。 １．５数据库 它能有组织地、动态地存储大量有关数据与应 用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度 独立性。工业设备在运行过程中参数连续变化，数 据量大，操作与控制的实时性要求很高。因此就形 成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据 库系统，市面上成熟的供选用的如关系数据库中的 Ｏｒａｄ，ｓｙｂａｓ，Ｉｎｆｏｒｍｉｘ，ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ；实时数据库中的 Ｉｎｆｏｐｌｕｓ，ＰＩ，ＯＮＳＰＥＣ等。 ３在电力系统自动化中的应用 电力系统自动化的特点是被控制的对象（设 备）复杂而庞大，分散性强。联系紧密，被控制的参 数多，干扰严重。由于电力系统现场监控设备较多， 需要采集的信号也很多，需要控制网络对事件的响 应速度非常快，因此对现场信号可靠的采集和传送 及对现场设备的实时监控是至关重要的。这时，传 统的ＲＳ一４８５通信方式已不能满足要求。目前现 场总线技术也正在逐步融人电力行业，随着现场总 线技术在低压电器、高压开关设备、低压成套设备中 的应用，其作用也越来越突出，是实现电力系统自动 化的关键，目前，已经有比较成熟的现场总线产品和 系统在电厂、变电站自动化、配电网自动化中投入使 用，都获得了很高的经济效益和发展前景。 ３．１在配电自动化中的应用 智能化配电与控制系统就是用现场总线把许多 带有通信接口的开关电器和控制设备与计算机连接 起来，由计算机实现遥控、遥测、通信的新型配电与 控制系统。一般是由主控制器（ＰＬＣ、ＰＣ机等）、通 信网络、智能化开关电器盒控制设备三大部分组成。 现阶段成熟的产品有西屋公司的ＩＭＰＡＣＣ系统，该 系统采用Ｍｏｄｂｕｓ现场总线技术，可以连接达１０００ 个匹配设备，通信距离可达２３０Ｇｉｎ（双绞线），系统 扩容简便。ＡＢＢ公司基于ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线的ＩＮＳＭ 系统也很成熟，使得智能化配电与控制已经在电力 系统中发挥很大的作用。 ３．２在火电厂中的应用 目前，火电厂还是以ＤＣＳ为主，国际上可用于 电厂的先进ＤＣＳ均已开发了与现场总线的接口设 备及相应的软件，ＤＣＳ系统＋现场总线系统＋现场 总线设备已在火电厂有成功应用业绩，包括３００ＭＷ 等级机组。现场总线在电厂中的应用能够提高运行 的安全可靠性，表现在：１）完善的现场设备及信号 的诊断功能，防止其故障或信号偏差导致控制和保 护系统发生错误信号而酿成事故（这是过去ＤＣＳ事 故的原因之一）。 （下转第９７页） 第７期 冉国胜：镍闪速炉缓冷厂房柱基础加固方法 ９７ 浆处理裂缝的局限，而且能够取得良好的效果。 ４施工注意事项 １）在新旧混凝土接触面处，打毛原混凝土表 面，清除破碎、掉角的｝昆凝土块，破损严重的坑凹位 置用１：２水泥砂浆补齐。 ２）在浇筑混凝土前将原凿毛的基础表面冲洗 浮渣和黏土，涂刷一层水泥浆。 图５砌筑耐火砖 ３）混凝土振捣时严禁撞击钢筋，避免踩踏钢 （４）缓冷坑与基础之间留出宽２３５ｍｍ，高 筋，如有踩弯或脱扣的及时调整；混凝土振捣应密 １０５０ｒａｍ的通风道，风道两头设进风口和出风口，位 实，无蜂窝、孔洞、裂缝等现象。 置设在室外，使空气对流，将高镍锍传来的热量带走 ４）所有新浇基础均按方案布置钢筋，钢筋位置 排空，降低基础受热温度。进风口高度８００ｍｍ，出 和保护层厚度正确，并加强检查；带形基础的钢筋锚 风口高度２０００ｍｍ，通风道用２４０ｍｍ厚ＭＵ１０红砖 人新加环梁内，使加固环形梁与纵向带形基础构成 Ｍ７．５水泥砂浆砌筑，边砌边勾缝，盖板用１００ｍｍ厚 一个整体。 Ｃ２５混凝土配 ｌＯ＠２００钢筋。 ５）拆模后加强洒水养护，保证基础表面湿润， ３．４加固方案的优点 养护时间为７天，目的是减小混凝土内外温差、延缓 １）技术可行好，由于土方大规模开挖后，基础 混凝土冷却速度来达到减小温差引起的温度应力， 全部暴露在外，作业空问宽敞，基础不需要临时支 从而控制混凝土裂缝的产生。 撑，周转材料可连续利用。而且设计与施工方法能 ６）对浇灌钾水玻璃的基础（裂缝宽度在３．５ｍｍ 够紧密结合，采取有效措施，保证新浇混凝土与原基 左右），其台阶面清理干净，清除缝边碎裂的混凝土 础连接可靠，协同工作。 块，用高压风吹扫缝内积灰，立面裂缝用水泥砂浆封 ２）劳动强度低，挖土方和浇筑混凝土采用机械 堵之后用塑料布覆盖，待水泥浆有强度后将钾水玻 化施工，效率高，人工劳动强度低。 璃沿水平缝慢慢灌人，直至水玻璃泛出基础面。 ３）安全性高，因基础顶部设有地梁将上部墙体 支撑住，墙体不会塌落下来，保证施工人员的安全。 ５结束语 ４）经济效果好，施工人员可连续作业，工期短， 基础加固既要考虑建筑物的安全使用，又要根 加固时没有损伤原结构，并保留了原基础，避免了不 据工程的特点、施工进度选择合理的处理方法，该厂 必要的拆除和更换。 房经过二年多的使用，没有发现吊车轨道梁错位、螺 ５）加固质量好，环梁将独立基础紧箍起来，使 栓剪短现象，现处于安全状态，没有出现任何质量问 基础裂缝没有向外扩张的可能，同时配以带形基础 题，证明该加固方案设计合理、措施得当，而且达到 将各个独立基础联系起来，整个基础的刚度得到加 了预期的加固效果。 强；靠坑内侧浇筑耐热混凝土和增设通风道，将基础 本工程加固工期短、加固质量高、综合效益好， 受高温的情况降低到最低点，确保了厂房的正常使 增设通风道和采取耐热混凝土隔热是一个很好的设 用性。而钾水玻璃浇灌法是将有裂缝的基础加固补 计理念，同类厂房的设计施工，可参照此法进行。 强，是提高工程质量的一项先进技术，对混凝土裂缝 参考文献： 采用钾水玻璃浇灌法进行处理，不仅能打破水泥灌 ［１］ＧＢ５０３６７—２００６，混凝土结构加固设计规范［Ｓ］．２００６． （上接第５４页） 参考文献： ２）提高了信号的精度和速度。３）减少了大量端子 ［１］李正军．现场总线及其应用技术［Ｍ］．北京：机械工业 和接线头，大大提高了可靠性。４）采用数字通信， 出版社，２００６． 减少大量电缆，有利于抗干扰。５）控制功能和Ｉ／Ｏ ［２］张玉春，杨成峰．现场总线集成技术［Ｊ］．吉林电力， 功能的分散，简化了ＤＣＳ，总体可靠性也有所改善。 ２００８，３６（１）：５名．