1 引言
統(tǒng)計表明，發(fā)電機組約80%的事故停機是由于鍋爐故障引起的，而其中70%的故障是由受熱面損壞造成的。受熱面管路的損壞直接或間接地與運行過程中受熱面的超溫有關，如果處理不及時就會導致爆管。而且一旦發(fā)生爆管等事故，其經濟損失相當嚴重。因此雖然其金屬壁溫不參與控制，但對于金屬壁溫的監(jiān)測，關系到鍋爐運行的安全和鍋爐的壽命以及電廠的經濟效益。
通常許多電廠的鍋爐壁溫數據采集是通過溫度巡測記錄儀實現的，僅用于btg盤的監(jiān)視和報警管理。隨著電廠運行和管理水平的提高，要求實現鍋爐壁溫的超溫統(tǒng)計和管理，常規(guī)單純采用溫度巡測儀已不能滿足要求。目前，dcs分散控制系統(tǒng)已普遍應用于電站，可將這些溫度信號全部進入dcs，進行金屬壁溫的采集，便于分析。實現金屬壁溫的監(jiān)測有多種方案，包括dcs一體化方案、智能遠程i/o及ff技術，他們均具有物理分散性好、可靠性高、精度高、施工費用少[1]等諸多優(yōu)點，近幾年已經越來越多地被應用在火電機組中。
哪種方案更具有市場競爭力、具體項目如何選用是一個需要在實踐中不斷探索的問題。本文以直流爐金屬壁溫為例，分析三種基于ovation系統(tǒng)的溫度監(jiān)視方案，對各自的優(yōu)缺點進行了分析比較。
2 幾種方案對比分析
ovation系統(tǒng)是艾默生過程控制公司在總結wdpf系統(tǒng)大量使用經驗的基礎上，吸納了最新技術成就的產物，ovation網絡數據高速公路的容量能滿足每秒200,000點的實時信息傳輸，網絡全域的通訊速率為100mbps，能支持1,000個結點。并以開放的計算機標準貫穿整個系統(tǒng)，使該系統(tǒng)可隨著世界計算機技術進步而進步，易于吸納第三方開發(fā)的高性能應用軟件，易于實現全廠乃至整個電力系統(tǒng)的信息一體化，延長了dcs系統(tǒng)的生命周期。甘肅平涼電廠于1997年1月首次正式將ovation作為其2×300mw機組的控制系統(tǒng)。
現以某機組一臺直流爐為例，對基于ovation系統(tǒng)的幾種方案進行對比分析。該爐距中控室1000米，螺旋水冷壁出口金屬壁溫、上部水冷壁出口金屬壁溫、頂棚管出口金屬壁溫等233個溫度測點，均采用k分度熱電偶，量程范圍為0～550℃。
2.1 ovation一體化遠程i/o系統(tǒng)
摒棄巡回檢測裝置,原進入巡回檢測裝置的測點直接進入ovation系統(tǒng)，可有2種不同的方式。
其一，是將控制器布置在相應的鍋爐現場電子設備間內，信息通過冗余高速通訊總線引入控制室。但由于現場環(huán)境惡劣，需要采取適當空調和防塵措施。這種方案簡單易行，估計電纜約節(jié)省30-40％，可收到一定的實效。
1 引言
統(tǒng)計表明，發(fā)電機組約80%的事故停機是由于鍋爐故障引起的，而其中70%的故障是由受熱面損壞造成的。受熱面管路的損壞直接或間接地與運行過程中受熱面的超溫有關，如果處理不及時就會導致爆管。而且一旦發(fā)生爆管等事故，其經濟損失相當嚴重。因此雖然其金屬壁溫不參與控制，但對于金屬壁溫的監(jiān)測，關系到鍋爐運行的安全和鍋爐的壽命以及電廠的經濟效益。
通常許多電廠的鍋爐壁溫數據采集是通過溫度巡測記錄儀實現的，僅用于btg盤的監(jiān)視和報警管理。隨著電廠運行和管理水平的提高，要求實現鍋爐壁溫的超溫統(tǒng)計和管理，常規(guī)單純采用溫度巡測儀已不能滿足要求。目前，dcs分散控制系統(tǒng)已普遍應用于電站，可將這些溫度信號全部進入dcs，進行金屬壁溫的采集，便于分析。實現金屬壁溫的監(jiān)測有多種方案，包括dcs一體化方案、智能遠程i/o及ff技術，他們均具有物理分散性好、可靠性高、精度高、施工費用少[1]等諸多優(yōu)點，近幾年已經越來越多地被應用在火電機組中。
哪種方案更具有市場競爭力、具體項目如何選用是一個需要在實踐中不斷探索的問題。本文以直流爐金屬壁溫為例，分析三種基于ovation系統(tǒng)的溫度監(jiān)視方案，對各自的優(yōu)缺點進行了分析比較。
2 幾種方案對比分析
ovation系統(tǒng)是艾默生過程控制公司在總結wdpf系統(tǒng)大量使用經驗的基礎上，吸納了最新技術成就的產物，ovation網絡數據高速公路的容量能滿足每秒200,000點的實時信息傳輸，網絡全域的通訊速率為100mbps，能支持1,000個結點。并以開放的計算機標準貫穿整個系統(tǒng)，使該系統(tǒng)可隨著世界計算機技術進步而進步，易于吸納第三方開發(fā)的高性能應用軟件，易于實現全廠乃至整個電力系統(tǒng)的信息一體化，延長了dcs系統(tǒng)的生命周期。甘肅平涼電廠于1997年1月首次正式將ovation作為其2×300mw機組的控制系統(tǒng)。
現以某機組一臺直流爐為例，對基于ovation系統(tǒng)的幾種方案進行對比分析。該爐距中控室1000米，螺旋水冷壁出口金屬壁溫、上部水冷壁出口金屬壁溫、頂棚管出口金屬壁溫等233個溫度測點，均采用k分度熱電偶，量程范圍為0～550℃。
2.1 ovation一體化遠程i/o系統(tǒng)
摒棄巡回檢測裝置,原進入巡回檢測裝置的測點直接進入ovation系統(tǒng)，可有2種不同的方式。
其一，是將控制器布置在相應的鍋爐現場電子設備間內，信息通過冗余高速通訊總線引入控制室。但由于現場環(huán)境惡劣，需要采取適當空調和防塵措施。這種方案簡單易行，估計電纜約節(jié)省30-40％，可收到一定的實效。
其二，是將控制器布置在中控室，現場儀表通過布置在現場的ovation遠程i/o站與控制器通信，此遠程i/o站為防水防塵的密封機柜，設備價格略貴，但是可以耐惡劣環(huán)境（環(huán)境溫度≤60℃防塵），而且省去了電子設備間的土建費用，節(jié)省了約30-40％的電纜用量，比較起來還是經濟的。在工程上，數據采集系統(tǒng)（das系統(tǒng)）常采用ovation遠程i/o站的方式。
圖1所示為一體化遠程i/o系統(tǒng)總體結構。
圖1 ovation一體化的遠程i/o系統(tǒng)
遠程i/o模塊放在遠離控制室的鍋爐某一平臺，通過光纖與中控室的控制器的通訊，速率為10mbps，i/o模塊內部通訊速率為2mbps。每個遠程i/o接口卡能支持8個遠程節(jié)點，每個遠程節(jié)點最多可以支持64個i/o模塊。模擬量輸入模塊最多支持8個模擬量輸入點。
對于該機組金屬壁溫的233個測點，僅需一個遠程節(jié)點即可，電子室的主控柜需要1對遠程i/o接口卡（pcrr卡），2塊互為冗余的mau模塊（光纖轉換模塊）。鍋爐房的遠程節(jié)點由2塊互為冗余的遠程i/o模塊以及32塊tc模塊組成（每個tc模塊有8個通道）。這樣32塊可支持256個測點，平均每個模塊接7或8個測點，剩余23個通道作為備用。
該方案的優(yōu)點是：ovation一體化的遠程i/o子系統(tǒng)擴大dcs功能范圍，提供靈活的方法實現對整個工廠的各個關鍵部位的分散i/o控制，系統(tǒng)整體協(xié)調性好，有利于實現信息共享、統(tǒng)一技術裝備，減少備品備件，方便運行維護和管理。且在三種方案中，ovation一體化的遠程i/o系統(tǒng)與dcs的通訊速率是最快的。
2.2 基于modbus協(xié)議的遠程i/o系統(tǒng)
隨著國產遠程i/o設備的研制成功，采用國內有成功案例的遠程i/o系統(tǒng)，經通訊接口送入dcs系統(tǒng)。在dcs向fcs發(fā)展過程中，這種方案起到了承前啟后的作用。
在與第三方系統(tǒng)進行通訊方面，ovation使用modbus協(xié)議的串行通訊控制器。modbus協(xié)議是一種主從式點對點的通訊協(xié)議，允許一臺主機和多臺從機之間進行通信。通過此協(xié)議，控制器經由網絡和第三方設備之間可以相互通信，進行信息交換。
本系統(tǒng)以無錫貝爾的idas-2000分散式智能數據采集系統(tǒng)為例進行說明。dcs與國產遠程數據采集前端機的每個通訊端口數據采集點一般不超過300點模擬量點。
圖2所示為基于modbus協(xié)議的遠程i/o系統(tǒng)結構。
圖2 基于modbus協(xié)議的遠程i/o系統(tǒng)
電子室的控制柜需要1塊串口通訊控制卡（lc卡），其作為主機，idas高速抗干擾通訊模塊作為從機，通過rs232或rs485硬件接口，采用標準modbus協(xié)議，以19.2kbps的通訊速率與dcs進行通訊。
鍋爐現場需要12臺智能采集前置機（每臺支持20個通道，各種熱電偶、熱電阻、直流電壓、電流、電阻可以在同一臺智能采集前置機上混接。具有3種冷端補償方式）。現場遠程i/o站和中控室主站之間應采用雙向冗余的通訊連接，idas的網絡最大距離是1200米。通訊電纜采用屏蔽雙絞線。
該方案的最大特點是經濟、實用。其通用、成熟的第三方測試軟件及較低的成本，實現了電力系統(tǒng)現場設備間的數據和控制命令的信息交互，系統(tǒng)接口簡單、實用，主要技術問題均通過軟件方法得以解決；數字化的信號傳輸，上層工作站及高速網之間的信息交換，全部使用數字信號，實現了高速、雙向、多變量、多站點之間的通信。但信息集成能力不強，控制器獲取信息量有限，大量的數據如設備參數、故障診斷及故障記錄等很難得到，因此也很難完成現場設備的遠程參數設定、修改等參數化功能，造成系統(tǒng)可維護性不高，而modbus有這方面的優(yōu)勢。
2.3 基于ff的智能儀表系統(tǒng)
進入二十世紀九十年代以后，現場總線控制系統(tǒng)（fcs，fieldbus control system）走向實用化?，F場總線是用于過程自動化或制造自動化中的，實現智能化現場設備（如變送器，執(zhí)行器，控制器）與高層設備（如主機，網關，人機接口設備）之間互聯的，全數字、串行、雙向的通信系統(tǒng)[2]。
emerson公司提供并生產了ovation控制系統(tǒng)控制器與ff現場總線接口裝置，使得ovation系統(tǒng)的數字通訊功能延伸至現場智能設備。接口的核心部件是網關處理器，它處理所有進出ovation控制器的以太網現場總線流量，同時緩存ovation控制器和h1現場總線模塊之間的傳輸信息，還具有自檢和糾錯功能，將這些結果送到控制器進行監(jiān)視。內置的現場總線組態(tài)軟件（在ovation專用組態(tài)軟件develop studio中）能夠自動、方便的把系統(tǒng)控制策略下載到某現場總線分支的所用現場設備中。
圖3所示為基于ff的智能系統(tǒng)結構。
圖3 基于ff的智能儀表系統(tǒng)
基于基金會現場總線的溫度變送器848t是溫度測量的首選模塊。848t和dcs間的通訊是由h1卡（現場總線卡）并通過dcs組態(tài)來實現，h1的傳輸速率是31.25kbps，段的總長度取決于電纜類型，最長為1900米。它同時提供8路溫度測量，可分別組態(tài)為2線或3線熱電阻、熱電偶。
根據操作區(qū)域劃分，共配置1個網關，電源模塊和2塊非冗余的h1卡，每個h1卡有2個接口，4條ff總線，4塊為總線提供電源的mtl5995模塊內帶終端，每條總線帶8臺848t共32臺。每條總線上掛8臺848t，每臺848t接7或8個k分度熱電偶，32臺848t最多可接256個點，現有233個點，剩余23個通道作為備用。
該方案最大的優(yōu)勢是fcs系統(tǒng)采用的是全數字、雙向通信，是目前技術發(fā)展的趨勢，在信息時代的今天尤為突出?？捎靡粚﹄p絞線電纜將分散的智能現場裝置連接至中央控制室，而模擬量傳輸無法做到這一點。通過現場總線獲得的大量的現場實時信息為管理決策提供了基礎[3]，且其傳輸抗干擾性強，測量精度高。
單從硬件設備的價格上來講，現場總線方案是最貴的，一體化遠程方案次之，基于modbus協(xié)議的遠程方案最經濟。但從dcs供應商的選擇；電纜橋架和電纜保護管材料成本和安裝成本；電纜材料、電纜敷設及接線的成本和安裝成本；i/o卡件和機柜的成本以及潛在的系統(tǒng)、設備的升級，營運和維修等方面的費用來綜合考慮系統(tǒng)成本的話，ff方案的經濟優(yōu)越性將會越明顯?，F場總線技術的最終目標是信息處理的現場化和智能化，技術優(yōu)勢隨著其發(fā)展也會越明顯。
3 結束語
本文分析比較了三種基于ovation系統(tǒng)的金屬壁溫數據采集方案，結果顯示：ovation一體化的遠程i/o系統(tǒng)實現全廠dcs一體化，方便運行維護和管理；基于modbus協(xié)議的遠程i/o系統(tǒng)性價比最高；基于ff的智能儀表系統(tǒng)最具有發(fā)展?jié)摿ΑＭ瑫r這幾種方案不僅用于鍋爐金屬壁溫的監(jiān)測，對于汽機的金屬溫度；發(fā)電機的線圈、鐵芯、氫氣和冷卻水溫度；輔機軸承溫度；循環(huán)水泵房的測量；水工工業(yè)綜合水泵房的測量；燃油泵房的測量等其他輔助系統(tǒng)的測量都有一定的指導意義。在實際工程中，這三種方案都已成熟應用，用戶可根據不同要求制定具體的方案。同時從遠程智能i/o的成功應用表明:由物理分散控制發(fā)展到現場總線型分散控制是科學技術發(fā)展的必然趨勢。