工業(yè)自動化系統(tǒng)集成

　　概述

　　現(xiàn)今，我國發(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算機控制系統(tǒng)，系統(tǒng)裝備水平大大提升。

　　現(xiàn)今，創(chuàng)新的自動化系統(tǒng)控制著復(fù)雜的工藝流程，并確保過程運行的可靠及安全，為先進的維護策略也打造了相應(yīng)的基礎(chǔ)。電力過程自動化技術(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。隨著社會及電力工業(yè)的發(fā)展，電力自動化的重要性與日劇增。傳統(tǒng)的信息、通訊和自動化技術(shù)之間的障礙正在逐漸消失。最新的技術(shù)，包括無線網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線、變頻器及人機界面、控制軟件等，大大提升了過程系統(tǒng)的效率和安全性能。

　　技術(shù)分類

　　現(xiàn)場總線技術(shù)

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

　　現(xiàn)場總線在電廠、變電站和電力系統(tǒng)中有非常廣闊的應(yīng)用前景，特別是在新建項目中能在可靠性、高精度、經(jīng)濟性等諸多方面獲得最大的效益。電力系統(tǒng)歷來是自動化程度最高的生產(chǎn)部門，在國內(nèi)外現(xiàn)場總線廠家和設(shè)計研究部門的共同努力下，基于現(xiàn)場總線的控制系統(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)，在未來定將成為我國電力系統(tǒng)自動化的主導(dǎo)設(shè)備。

　　四方公司在國際上率先將LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(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)時經(jīng)常產(chǎn)生的瓶頸現(xiàn)象。LonWorks現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)具有很強的抗干擾、抗震動性，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。其傳輸速率已遠遠滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)對信息傳輸速度的要求。

　　無線技術(shù)

　　無線通訊技術(shù)因其不必在廠區(qū)范圍內(nèi)進行繁雜、昂貴的布線，因而有著誘人的特質(zhì)。位于現(xiàn)場的巡視和檢修維護人員借此可保持和集中控制室等控制管理中心的聯(lián)系，并實現(xiàn)信息共享。此外，無線技術(shù)還具有高度靈活性、易于使用、通過遠程鏈接可實現(xiàn)遠方設(shè)備或系統(tǒng)的可視化、參數(shù)調(diào)整和診斷等獨特功能。無線技術(shù)的出現(xiàn)及快速進步，正在賦予電力工業(yè)領(lǐng)域以一種嶄新的視角來觀察問題，并由此在電力流程工業(yè)領(lǐng)域及資產(chǎn)管理領(lǐng)域，開創(chuàng)一個激動人心的新紀元。

　　盡管目前存在多種無線技術(shù)，但僅有幾種特別適用于電力流程工業(yè)。這是因為無線信號通過空間傳播的過程、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、對物理屏障的易感性、可伸縮性、可靠性，還有成本，都因無線技術(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)用場合，來選定合適的無線技術(shù)”。控制用的無線技術(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)用增長速度最快，這是因為其在帶寬和安全性能方面較優(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、具有主機數(shù)據(jù)集成的高度靈活性、高的魯棒性及低的成本。

　　美國德州LCRA集團公司為了降低電廠運行維護成本，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無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以集成上述兩個電廠監(jiān)控管理層的通訊和控制[l]。其無線網(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)視整個無線網(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)場分析、技術(shù)選擇、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計和實施、性能監(jiān)視、安保管理、連續(xù)的網(wǎng)管及優(yōu)化功能。借助臺式PC機，運行人員可以以無線、遠程方式分別訪問前述兩個電廠所用的Foxbor砰口westinghouse控制系統(tǒng)。

　　信息化技術(shù)

　　在電力企業(yè)，經(jīng)過多年的建設(shè)，信息化基礎(chǔ)設(shè)施相對完善，中小型機、微型計算器裝備級別不斷更新提高，各電力公司本部主要崗位工作人員使用計算器的比例很高。電力生產(chǎn)、調(diào)度自動化系統(tǒng)，電力營銷管理系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，信息化機構(gòu)建設(shè)不斷健全。目前，電力工業(yè)正面臨更加復(fù)雜的競爭環(huán)境。各電力企業(yè)通過控制生產(chǎn)成本、提高發(fā)電安全可靠性、采用較先進的技術(shù)與設(shè)備以及更合理的營銷過程提高企業(yè)的競爭力。

　　電力信息化包括電力生產(chǎn)、調(diào)度自動化和管理信息化兩部分。廠站自動化歷來是電力信息化的重點，大部分水電廠、火力發(fā)電廠以及變電站配備了計算機監(jiān)控系統(tǒng)；相當一部分水電廠在進行改造后還實現(xiàn)了無人值班、少人值守。發(fā)電生產(chǎn)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)過程自動化水平。電力調(diào)度的自動化水平更是國際領(lǐng)先，目前電力調(diào)度自動化的各種系統(tǒng)，如SCADA、AGC以及EMS等已建成，省電力調(diào)度機構(gòu)全部建立了SCADA系統(tǒng)，電網(wǎng)的三級調(diào)度100%實現(xiàn)了自動化。華北電力調(diào)度局自動化處處長郭子明說，早在20世紀70年代華北電力調(diào)度局就用晶體管計算機調(diào)度電力，從國產(chǎn)121機到176機，再到176雙機，華北電力調(diào)度局全用過，到1978年已經(jīng)基本實現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度自動化。

　　安全技術(shù)

　　電力是社會的命脈之一，當今人類社會對電力系統(tǒng)的依賴已到了難以想象的程度。電力系統(tǒng)發(fā)生大災(zāi)變對于社會的影響是不可估量的，因此電力系統(tǒng)最重要的是運行的安全性，但這個問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重，我國電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過穩(wěn)定破壞的重大事故。我國電力系統(tǒng)也出現(xiàn)過穩(wěn)定破壞的重大事故。美國在近100年內(nèi)發(fā)生過六、七次大范圍災(zāi)難性的嚴重破壞停電事故。這就告誡人們要更加關(guān)注電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定問題。由于我國經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，電力工業(yè)將會繼續(xù)以空前的速度和規(guī)模發(fā)展。隨著三峽電站、西電東送、南北互供和全國聯(lián)網(wǎng)等重大工程的實施，我國必將出現(xiàn)世界上最大規(guī)模的電力系統(tǒng)。

　　在一個工廠里面，有一個區(qū)域需要維護，但是這個區(qū)域有高壓電的危險，有危險化學(xué)品，還有危險的車輛在來來往往。如果通過平時我們常用的方式，就是在入口處掛一個指示牌，上面寫著一二三斷電、關(guān)閥門幾個步驟，還是存在著安全隱患，首先，進去維護的工程師有可能疲勞、精神恍惚而忘記其中的某一個步驟，第二，就算他沒有忘記前面的步驟，駕駛其他車輛的人并不一定會注意到里面有人而可能開進去，其他人不一定注意到里面有人而重新打開電源或者閥門，這種事故我們見到過很多例。而如果使用安全聯(lián)鎖科技的話，我們會在入口處安裝一個控制設(shè)備，工程師要進去維護之前，把一個特制的鑰匙從設(shè)備里拔出來，只要他拿著這把“生命之匙”，外面的人絕對無法打開電源、閥門，也無法打開門將車輛開進來。這樣，這個工程師在里面就是100%安全的。

　　人機界面

　　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，單片機技術(shù)的日趨完善，電力行業(yè)中對發(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，直流電源屏承擔著向發(fā)電站、變電站提供直流控制保護電源的作用，同時提供給高壓開關(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)電站的安全運行，直流電源屏的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長的時間，從早期的直流發(fā)電機、磁飽和直流充電機到集成電路可控硅控制直流充電機、單片機控制可控硅充電機、高頻開關(guān)電源充電機等，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際最流行的軟開關(guān)技術(shù)，將工頻交流經(jīng)過多級變換，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關(guān)量經(jīng)過運算處理，最終控制高頻開關(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。