工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成

　　概述

　　現(xiàn)今，我國(guó)發(fā)電廠基本上全部采用了分散控制系統(tǒng)或可編程邏輯控制器等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)裝備水平大大提升。

　　現(xiàn)今，創(chuàng)新的自動(dòng)化系統(tǒng)控制著復(fù)雜的工藝流程，并確保過(guò)程運(yùn)行的可靠及安全，為先進(jìn)的維護(hù)策略也打造了相應(yīng)的基礎(chǔ)。電力過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)的日新月異和控制水平的不斷提高，為電力工業(yè)解決能源資源和環(huán)境約束的矛盾創(chuàng)造了條件。隨著社會(huì)及電力工業(yè)的發(fā)展，電力自動(dòng)化的重要性與日劇增。傳統(tǒng)的信息、通訊和自動(dòng)化技術(shù)之間的障礙正在逐漸消失。最新的技術(shù)，包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、變頻器及人機(jī)界面、控制軟件等，大大提升了過(guò)程系統(tǒng)的效率和安全性能。

　　技術(shù)分類(lèi)

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

　　現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，隨著工業(yè)電網(wǎng)的日益復(fù)雜，人們對(duì)電網(wǎng)的安全要求也越來(lái)越高，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)作為一門(mén)新興的控制技術(shù)必將取代過(guò)去的控制方式而應(yīng)用在電力自動(dòng)化中。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線在電廠、變電站和電力系統(tǒng)中有非常廣闊的應(yīng)用前景，特別是在新建項(xiàng)目中能在可靠性、高精度、經(jīng)濟(jì)性等諸多方面獲得最大的效益。電力系統(tǒng)歷來(lái)是自動(dòng)化程度最高的生產(chǎn)部門(mén)，在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)總線廠家和設(shè)計(jì)研究部門(mén)的共同努力下，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)必將分系統(tǒng)、分階段地逐步取代現(xiàn)有的分散式控制系統(tǒng)，在未來(lái)定將成為我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的主導(dǎo)設(shè)備。

　　四方公司在國(guó)際上率先將LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，并將基于微處理器的間隔層設(shè)備直接并入LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線，以其高可靠的性能和大容量高速度的通信能力，大大提高了通信系統(tǒng)的信息吞吐和數(shù)據(jù)處理能力，從而解決了應(yīng)用低速串口通信采樣數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生的瓶頸現(xiàn)象。LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的抗干擾、抗震動(dòng)性，適用于較大的溫度范圍，適合于變電站較惡劣的工業(yè)環(huán)境。其傳輸速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)信息傳輸速度的要求。

　　無(wú)線技術(shù)

　　無(wú)線通訊技術(shù)因其不必在廠區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行繁雜、昂貴的布線，因而有著誘人的特質(zhì)。位于現(xiàn)場(chǎng)的巡視和檢修維護(hù)人員借此可保持和集中控制室等控制管理中心的聯(lián)系，并實(shí)現(xiàn)信息共享。此外，無(wú)線技術(shù)還具有高度靈活性、易于使用、通過(guò)遠(yuǎn)程鏈接可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方設(shè)備或系統(tǒng)的可視化、參數(shù)調(diào)整和診斷等獨(dú)特功能。無(wú)線技術(shù)的出現(xiàn)及快速進(jìn)步，正在賦予電力工業(yè)領(lǐng)域以一種嶄新的視角來(lái)觀察問(wèn)題，并由此在電力流程工業(yè)領(lǐng)域及資產(chǎn)管理領(lǐng)域，開(kāi)創(chuàng)一個(gè)激動(dòng)人心的新紀(jì)元。

　　盡管目前存在多種無(wú)線技術(shù)，但僅有幾種特別適用于電力流程工業(yè)。這是因?yàn)闊o(wú)線信號(hào)通過(guò)空間傳播的過(guò)程、搭載的數(shù)據(jù)容量（帶寬）、抗RFI（射頻干擾）/EMI（電磁干擾）干擾性、對(duì)物理屏障的易感性、可伸縮性、可靠性，還有成本，都因無(wú)線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的不同而不同。因此，很多用戶都傾向于“依據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合，來(lái)選定合適的無(wú)線技術(shù)”。控制用的無(wú)線技術(shù)主要有 GSM/GPRS（蜂窩）、 9OOMHz Radios、wi－Fi(802.lla/b/g）、WIMAX(802.16）、ZigBee(802.15.4）、自組織網(wǎng)絡(luò)等，其中尤以Wi－Fi和WIMAX應(yīng)用增長(zhǎng)速度最快，這是因?yàn)槠湓趲捄桶踩阅芊矫孑^優(yōu)、在數(shù)據(jù)集中和網(wǎng)絡(luò)化方面具備卓越的安全框架、具有主機(jī)數(shù)據(jù)集成的高度靈活性、高的魯棒性及低的成本。

　　美國(guó)德州LCRA集團(tuán)公司為了降低電廠運(yùn)行維護(hù)成本，由一套電廠人員集中管理其下屬容量為650Mw的Sim Gideon電廠和容量為545MW的Lost Pines電廠，采用了Apprion公司的wiMAx無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以集成上述兩個(gè)電廠監(jiān)控管理層的通訊和控制[l]。其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由APPrion的ION 系統(tǒng)和ION 服務(wù)構(gòu)成。ION系統(tǒng)即工業(yè)無(wú)線應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，包括IONosphere和集中應(yīng)用軟件，后者具有數(shù)據(jù)服務(wù)、工作流程、安保、監(jiān)視、維護(hù)和第三方應(yīng)用集成的管理功能。IONosphere管理軟件連續(xù)監(jiān)視整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的工作性能、健康狀況和完整性，從而在共享數(shù)據(jù)環(huán)境下保證基于QOS 應(yīng)用的性能最優(yōu)化。ION 服務(wù)支持現(xiàn)場(chǎng)分析、技術(shù)選擇、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)施、性能監(jiān)視、安保管理、連續(xù)的網(wǎng)管及優(yōu)化功能。借助臺(tái)式PC機(jī)，運(yùn)行人員可以以無(wú)線、遠(yuǎn)程方式分別訪問(wèn)前述兩個(gè)電廠所用的Foxbor砰口westinghouse控制系統(tǒng)。

　　信息化技術(shù)

　　在電力企業(yè)，經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，信息化基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善，中小型機(jī)、微型計(jì)算器裝備級(jí)別不斷更新提高，各電力公司本部主要崗位工作人員使用計(jì)算器的比例很高。電力生產(chǎn)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，電力營(yíng)銷(xiāo)管理系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，信息化機(jī)構(gòu)建設(shè)不斷健全。目前，電力工業(yè)正面臨更加復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。各電力企業(yè)通過(guò)控制生產(chǎn)成本、提高發(fā)電安全可靠性、采用較先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備以及更合理的營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　電力信息化包括電力生產(chǎn)、調(diào)度自動(dòng)化和管理信息化兩部分。廠站自動(dòng)化歷來(lái)是電力信息化的重點(diǎn)，大部分水電廠、火力發(fā)電廠以及變電站配備了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；相當(dāng)一部分水電廠在進(jìn)行改造后還實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值班、少人值守。發(fā)電生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平。電力調(diào)度的自動(dòng)化水平更是國(guó)際領(lǐng)先，目前電力調(diào)度自動(dòng)化的各種系統(tǒng)，如SCADA、AGC以及EMS等已建成，省電力調(diào)度機(jī)構(gòu)全部建立了SCADA系統(tǒng)，電網(wǎng)的三級(jí)調(diào)度100%實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。華北電力調(diào)度局自動(dòng)化處處長(zhǎng)郭子明說(shuō)，早在20世紀(jì)70年代華北電力調(diào)度局就用晶體管計(jì)算機(jī)調(diào)度電力，從國(guó)產(chǎn)121機(jī)到176機(jī)，再到176雙機(jī)，華北電力調(diào)度局全用過(guò)，到1978年已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化。

　　安全技術(shù)

　　電力是社會(huì)的命脈之一，當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的依賴(lài)已到了難以想象的程度。電力系統(tǒng)發(fā)生大災(zāi)變對(duì)于社會(huì)的影響是不可估量的，因此電力系統(tǒng)最重要的是運(yùn)行的安全性，但這個(gè)問(wèn)題在全世界均未得到很好解決，電力系統(tǒng)發(fā)生大災(zāi)變的概率小但后果極其嚴(yán)重，我國(guó)電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過(guò)穩(wěn)定破壞的重大事故。我國(guó)電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過(guò)穩(wěn)定破壞的重大事故。美國(guó)在近100年內(nèi)發(fā)生過(guò)六、七次大范圍災(zāi)難性的嚴(yán)重破壞停電事故。這就告誡人們要更加關(guān)注電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定問(wèn)題。由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，電力工業(yè)將會(huì)繼續(xù)以空前的速度和規(guī)模發(fā)展。隨著三峽電站、西電東送、南北互供和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)等重大工程的實(shí)施，我國(guó)必將出現(xiàn)世界上最大規(guī)模的電力系統(tǒng)。

　　在一個(gè)工廠里面，有一個(gè)區(qū)域需要維護(hù)，但是這個(gè)區(qū)域有高壓電的危險(xiǎn)，有危險(xiǎn)化學(xué)品，還有危險(xiǎn)的車(chē)輛在來(lái)來(lái)往往。如果通過(guò)平時(shí)我們常用的方式，就是在入口處掛一個(gè)指示牌，上面寫(xiě)著一二三斷電、關(guān)閥門(mén)幾個(gè)步驟，還是存在著安全隱患，首先，進(jìn)去維護(hù)的工程師有可能疲勞、精神恍惚而忘記其中的某一個(gè)步驟，第二，就算他沒(méi)有忘記前面的步驟，駕駛其他車(chē)輛的人并不一定會(huì)注意到里面有人而可能開(kāi)進(jìn)去，其他人不一定注意到里面有人而重新打開(kāi)電源或者閥門(mén)，這種事故我們見(jiàn)到過(guò)很多例。而如果使用安全聯(lián)鎖科技的話，我們會(huì)在入口處安裝一個(gè)控制設(shè)備，工程師要進(jìn)去維護(hù)之前，把一個(gè)特制的鑰匙從設(shè)備里拔出來(lái)，只要他拿著這把“生命之匙”，外面的人絕對(duì)無(wú)法打開(kāi)電源、閥門(mén)，也無(wú)法打開(kāi)門(mén)將車(chē)輛開(kāi)進(jìn)來(lái)。這樣，這個(gè)工程師在里面就是100%安全的。

　　人機(jī)界面

　　發(fā)電站、變電站、直流電源屏是十分重要的設(shè)備，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)的日趨完善，電力行業(yè)中對(duì)發(fā)電站、變電站設(shè)備提出了更高精密、更高質(zhì)量的要求，直流電源屏是發(fā)電站、變電站二次設(shè)備中非常重要的設(shè)備，直流電源屏承擔(dān)著向發(fā)電站、變電站提供直流控制保護(hù)電源的作用，同時(shí)提供給高壓開(kāi)關(guān)及斷路器的操作電源，因此直流電源屏的可靠性將直接關(guān)系到發(fā)電站的安全運(yùn)行，直流電源屏的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長(zhǎng)的時(shí)間，從早期的直流發(fā)電機(jī)、磁飽和直流充電機(jī)到集成電路可控硅控制直流充電機(jī)、單片機(jī)控制可控硅充電機(jī)、高頻開(kāi)關(guān)電源充電機(jī)等，至目前直流電源屏已很成熟。

　　直流電源屏整流充電部分仍然采用目前國(guó)際最流行的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，將工頻交流經(jīng)過(guò)多級(jí)變換，最后形成穩(wěn)定的直流輸出，直流電源屏系統(tǒng)控制的核心部件是 V80 系列可編程控制器 PLC，它將系統(tǒng)采集的輸入輸出模似量以及開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理，最終控制高頻開(kāi)關(guān)電源模塊使其按電池曲線及有人為設(shè)置的工作要求高可靠地工作。