现场总线技术与水电自动化

摘 要：在水电自动化中应用现场总线技术，能够真正全分散、全分布监控系统，将水电站自动化中所存在的问题进行彻底解决，促进水电计算机监控系统能够变得更加先进。文章首先阐述了现场总线的优点及水电厂自动化系统现状，其次，就现场总线技术在水电自动化中的应用进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。

关键词：现场总线技术；水电自动化；控制系统

前言

现场总线技术最早是出现在化学工业、石油工业中，而后再开始逐步传播到其他工业。现场总线技术具有软件技术、微处理器技术、网络技术等多专业的特点，能够解决设备与更上一级控制系统之间的通讯，以及设备与设备之间的通讯，还能够实现设备之间的智能化。工业传统采用的分散式控制系统能够被现场总线控制系统所代替。在水电自动化中应用现场总线技术，能够真正全分散、全分布监控系统，将水电站自动化中所存在的问题进行彻底解决，促进水电计算机监控系统能够变得更加先进。

1 现场总线的优点

1.1 提高了系统的可靠性和准确性

由于现场总线设备具有数字化、智能化的特点，能够使得控制与测量的准确度能够在根本上得以提高；同时，由于系统结构简单化，有效地降低了信号的往返运输量，加强了现场仪表内部功能，减少了连线与设备，大大地提高了系统的可靠性。

1.2 高度分散性

智能现场设备可以在现场设备中置入各输入输出模块、控制模块，并且现场设备也具有较强的通信功能，现场执行机构能够与测量变换仪表一起对信号进行直接传送。所以，控制系统功能能够在现场直接完成，可以完全不依赖控制室的控制仪表或者计算机，从而分散控制能够彻底实现。

1.3 节省安装费用与投资

由于智能设备可对许多功能进行直接执行，且分散在现场，能够使得DCS中的功能单元和变送器的数量减少，使得硬件投资能够得到较大程度的节约。另外，由于现场总线系统的接线较为简便，只需要一条电缆，或者一对双绞线即可将多个设备进行挂接，大大降低了接头校对和连线设计的工作量，使得安装费用也得以降低。

1.4 互操作性和开放性

互操作性包括两层含义，分别是可互操作性和可互换性，可互操作性是指能够在多厂家的环境中完成设备功能的测试，也能够让不同厂家设备相互通讯；可互换性是指同一功能的同类设备能够与不同厂家的设备在功能上进行互换。

2 水电厂自动化系统现状

2.1 集中式监控系统

集中式监控系统目前仍然还在一些机组台数较少的中型水电厂和小型水电厂中应用，系统功能过于集中是其缺点，节省投资是其优点，若某个单功能计算机出现故障，那么整个集中式监控系统就会出现瘫痪。

2.2 分散式监控系统

分散式监控系统的主要特征就是功能分散，虽然比集中式监控系统更先进点，但是仍然没有对系统功能过于集中进行根本性解决。若某个单功能计算机出现故障，那么整个集中式监控系统就会出现瘫痪。

2.3 集散式监控系统DCS（分布式监控系统）

控制对象分散是分布式监控系统的主要特征，就水电厂而言，闸门、开关站、水轮发电机组等为主要的控制对象，集散式监控系统DCS（分布式监控系统）有效地将分散式监控系统的缺点进行克服。集散式监控系统DCS（分布式监控系统）目前正在应用在国内的大中型水电厂中。

3 现场总线技术在水电自动化中的应用

3.1 现场总线在变电站中应用的合理性

目前我国已经有多种变电站综合自动化模式，无论是分布式模式，还是集中式模式，效果都较好。基于通讯方式和网络及而言，可分为并口、串口通讯方式和局域网，但是值得注意的是，这两种方式都存在着一定的不足。若采用串口及并口通讯方式，存在着适时性差、可靠性低、误码率高、传输速率低等问题，同时也存在着一定的电磁干扰；若采用局域网，存在着变电站信息较少、电磁干扰严重的问题，虽然其传输速率高，但问题依然较为严重。而变电站如采用现场总线，则效果较佳。一方面，目前已经智能化变电站的各电量仪表，完全能够满足现场总线和数字通讯的要求；另外一方面，通过现场总线技术，能够节省大量的抗干扰投资和二次电缆投资，可以较方便地来组成各类适时局域网。由此可见，现场总线在变电站中应用效果较佳，能够真正地实现分布式开放型监控系统。

3.2 现场总线在泄洪闸门监控中应用的可行性

绝大多数大型水电站的泄洪闸门都会设置相应的LCU来进行监控。大坝泄洪门的特点是距离长、数量多，若采用现场总线控制系统，能够实现分布智能化控制，也能够对通信电缆予以简化。闸门过载保护和开度指标仪是最重要的闸门控制自动化仪表，目前该类仪表都已经全部实现数字化，可以对现场总线的要求进行适应，能够实现现场总线控制系统和智能化控制。

3.3 现场总线在辅机中的应用讨论

调速器和励磁都能够较好地实现现场总线的控制。从目前来看，调速器和励磁已经具备适应现场总线和数字化通信的要求，这是由于调速器和励磁基本已经完全实现微机智能化，目前水电厂很多辅机自动化元件及仪表的核心部件都是CPU，很容易实现数字化通信和智能化通信。由此可见，现场总线监控系统应用到辅机中是切实可行的。

参考文献

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