1 引言

　 統計表明，發電機組約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計和管理，常規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系統的溫度監視方案，對各自的優缺點進行了分析比較。

2 幾種方案對比分析

　 ovation系統是艾默生過程控制公司在總結wdpf系統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，使該系統可隨著世界計算機技術進步而進步，易于吸納第三方開發的高性能應用軟件，易于實現全廠乃至整個電力系統的信息一體化，延長了dcs系統的生命周期。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。

　 現以某機組一臺直流爐為例，對基于ovation系統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

　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，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，但是可以耐惡劣環境（環境溫度≤60℃防塵），而且省去了電子設備間的土建費用，節省了約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（das系統）常采用ovation遠程i/o站的方式。

圖1所示為一體化遠程i/o系統總體結構。

圖1 ovation一體化的遠程i/o系統

　 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個遠程節點，每個遠程節點最多可以支持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。

　該方案的優點是：ovation一體化的遠程i/o子系統擴大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，系統整體協調性好，有利于實現信息共享、統一技術裝備，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系統與dcs的通訊速率是最快的。

　2.2 基于modbus協議的遠程i/o系統

　 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，經通訊接口送入dcs系統。在dcs向fcs發展過程中，這種方案起到了承前啟后的作用。

　 在與第三方系統進行通訊方面，ovation使用modbus協議的串行通訊控制器。modbus協議是一種主從式點對點的通訊協議，允許一臺主機和多臺從機之間進行通信。通過此協議，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。

　 本系統以無錫貝爾的idas-2000分散式智能數據采集系統為例進行說明。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協議的遠程i/o系統結構。

圖2 基于modbus協議的遠程i/o系統

　 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，實現了電力系統現場設備間的數據和控制命令的信息交互，系統接口簡單、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，造成系統可維護性不高，而modbus有這方面的優勢。

　 2.3 基于ff的智能儀表系統

　 進入二十世紀九十年代以后，現場總線控制系統（fcs，fieldbus control system）走向實用化。現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[2]。

　 emerson公司提供并生產了ovation控制系統控制器與ff現場總線接口裝置，使得ovation系統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視。內置的現場總線組態軟件（在ovation專用組態軟件develop studio中）能夠自動、方便的把系統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的智能系統結構。

圖3 基于ff的智能儀表系統

　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，可分別組態為2線或3線熱電阻、熱電偶。

根據操作區域劃分，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。

　 該方案最大的優勢是fcs系統采用的是全數字、雙向通信，是目前技術發展的趨勢，在信息時代的今天尤為突出。可用一對雙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、設備的升級，營運和維修等方面的費用來綜合考慮系統成本的話，ff方案的經濟優越性將會越明顯。現場總線技術的最終目標是信息處理的現場化和智能化，技術優勢隨著其發展也會越明顯。

3 結束語

　 本文分析比較了三種基于ovation系統的金屬壁溫數據采集方案，結果顯示：ovation一體化的遠程i/o系統實現全廠dcs一體化，方便運行維護和管理；基于modbus協議的遠程i/o系統性價比最高；基于ff的智能儀表系統最具有發展潛力。同時這幾種方案不僅用于鍋爐金屬壁溫的監測，對于汽機的金屬溫度；發電機的線圈、鐵芯、氫氣和冷卻水溫度；輔機軸承溫度；循環水泵房的測量；水工工業綜合水泵房的測量；燃油泵房的測量等其他輔助系統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:由物理分散控制發展到現場總線型分散控制是科學技術發展的必然趨勢。