現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展及在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
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循環(huán)流化床鍋爐（CFB）燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近20年來(lái)發(fā)展起來(lái)的燃煤技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和負(fù)荷調(diào)節(jié)快等突出優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策大力支持發(fā)展該技術(shù)及其產(chǎn)品。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，循環(huán)流化床鍋爐已在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循環(huán)流化床電站鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。世界上最大容量的250MW循環(huán)流化床鍋爐已在1997年投運(yùn)，多臺(tái)200～250MW大容量循環(huán)流化床鍋爐也已投產(chǎn)。我國(guó)集中于中型CFB的研制與開(kāi)發(fā)，目前已完全商業(yè)化。目前，我國(guó)已投運(yùn)及訂貨的35t／h以下的循環(huán)流化床鍋爐共計(jì)約2000余臺(tái)，已開(kāi)始走向電力市場(chǎng)，并且開(kāi)始大型CFB的研制工作。
循環(huán)流化床鍋爐（CFB）控制系統(tǒng)既包含典型的熱工過(guò)程控制（如鍋爐汽包水位控制，蒸汽溫度控制等），也包含程序控制（連鎖保護(hù)系統(tǒng)）?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備既有溫度、壓力、流量、液位變送器和調(diào)節(jié)閥等熱工儀表，也有調(diào)速電機(jī)、氧化鋯等分析儀表和機(jī)械量測(cè)控設(shè)備。工作環(huán)境比較惡劣，主要是溫度、粉塵、振動(dòng)和電磁干擾，需要設(shè)備有較強(qiáng)的環(huán)境承受能力。
從運(yùn)行的角度而言，鍋爐設(shè)備是7＊24小時(shí)運(yùn)行，對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求很高。循環(huán)流化床鍋爐有其特殊性，對(duì)配風(fēng)，爐膛溫度等參數(shù)的控制有嚴(yán)格的要求。從經(jīng)濟(jì)角度而言，設(shè)備的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，需要高檔次的自控系統(tǒng)保證。但是，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)又使企業(yè)利潤(rùn)趨于微薄，特別是中、小型企業(yè)不得不降低自動(dòng)化設(shè)備的檔次，其自動(dòng)化水平往往還停留在基本的檢測(cè)和必要的單機(jī)控制。
2現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)
2．1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生
縱觀控制系統(tǒng)的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)，每一代新的控制系統(tǒng)的推出都是針對(duì)老一代控制系統(tǒng)存在的缺陷而給出的解決方案，最終在用戶需求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)兩大外因的推動(dòng)下占領(lǐng)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的產(chǎn)生也不例外。
2.1.1模擬儀表控制系統(tǒng)
模擬儀表控制系統(tǒng)于六七十年代占主導(dǎo)地位。其顯著缺點(diǎn)是：模擬信號(hào)精度低，易受干擾。
2.1.2集中式數(shù)字控制系統(tǒng)。
集中式數(shù)字控制系統(tǒng)于七八十年代占主導(dǎo)地位。采用單片機(jī)、PLC、SLC或微機(jī)作為控制器，控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低的缺陷，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
集中式數(shù)字自動(dòng)化信囊AUTOMATIONINFORMATION控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是易于根據(jù)全局情況進(jìn)行控制計(jì)算和判斷，在控制方式、控制機(jī)時(shí)的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度和安排；不足的是對(duì)控制器本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性，當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)增加時(shí)，控制器的效率和可靠性將急劇下降。
2．1．3集散控制系統(tǒng)（DCS）
集散控制系統(tǒng)（DCS）于八、九十年代占主導(dǎo)地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，若干臺(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制，各上下位機(jī)之間用控制網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。因此，這種分布式的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)中對(duì)控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷。
在集散控制系統(tǒng)中，分布式控制思想的實(shí)現(xiàn)正是得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，遺憾的是，不同的DCS廠家為達(dá)到壟斷經(jīng)營(yíng)的目的而對(duì)其控制通訊網(wǎng)絡(luò)采用各自專用的封閉形式，不同廠家的DCS系統(tǒng)之間，以及DCS與上層Intranet、Intenet信息網(wǎng)絡(luò)之間難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享，因此集散系統(tǒng)從該角度而言實(shí)質(zhì)是一種封閉專用的、不具可互操作性的分布式控制系統(tǒng)，且DCS造價(jià)昂貴。在這種情況下，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提出了開(kāi)放化和降低成本的迫切要求。
2．1．4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）
FCS正是順應(yīng)以上潮流而誕生，它用現(xiàn)場(chǎng)總線這一開(kāi)放的具有可互操作的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各控制器及儀表設(shè)備互連，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)是一種開(kāi)放的、具可互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)，有望成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。
2．2現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
2．2．1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念
現(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。FCS則是用開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。
2.2．2現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別
（1）按功能比較，現(xiàn)場(chǎng)總線連接自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖切∨繑?shù)據(jù)信息，如檢測(cè)信息、狀態(tài)信息、控制信息等，傳輸速率低，但實(shí)時(shí)性高。簡(jiǎn)向言之，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)用于連接局域區(qū)域的各臺(tái)計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖谴笈康臄?shù)字信息，如文本、聲音、圖像等，傳輸速率高，但不要求實(shí)時(shí)性。從這個(gè)意義而言，局域網(wǎng)是一種高速信息網(wǎng)絡(luò)。
（2）按實(shí)現(xiàn)方式比較，現(xiàn)場(chǎng)總線可采用各種通訊介質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展及在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用如雙絞線、電力線、光纖、無(wú)線、紅外線等，實(shí)現(xiàn)成本低。局域網(wǎng)需要專用電纜，如同軸電纜、光纖等，實(shí)現(xiàn)成本高。
評(píng)論