智能無線技術(shù)在電廠除灰系統(tǒng)的應(yīng)用

1 系統(tǒng)概況

　　華能上海石洞口第一電廠除灰系統(tǒng)主要由倉泵出灰和灰?guī)斓?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)控制由PLC完成。由于歷史原因，除灰控制系統(tǒng)原先并不屬熱控管轄范圍，系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念陳舊，模擬量信號(hào)少，自動(dòng)化水平較低。

　　2008年熱控專業(yè)對除灰控制系統(tǒng)進(jìn)行了一次改造，控制范圍囊括了四臺(tái)爐的氣力輸灰、灰?guī)臁⒒覞{系統(tǒng)。上位機(jī)HMI部分改為標(biāo)準(zhǔn)的客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，配置六個(gè)客戶端，

　　兩個(gè)冗余服務(wù)器，一個(gè)工程師站和一個(gè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。運(yùn)行人員在客戶端進(jìn)行操作，畫面由服務(wù)器提供，工程師站修改程序和畫面。任何修改只要在工程師站完成，運(yùn)行人員只要切換畫面就能對操作畫面進(jìn)行更新，不需要重啟計(jì)算機(jī)。

　　為了提升除灰系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，這一輪改造后，熱控專業(yè)又著手對就地設(shè)備進(jìn)行完善。但由于原除灰系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，運(yùn)行人員長期手動(dòng)操作，無法對現(xiàn)場設(shè)備提出控制要求。因此我們通過對就地設(shè)備的觀察，決定增加庫頂風(fēng)機(jī)壓差信號(hào)、庫底流化風(fēng)機(jī)和斜槽流化風(fēng)機(jī)壓力信號(hào)。

　　2 應(yīng)用工程簡介

　　隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，近年來，無線技術(shù)得到了長足的發(fā)展，過程控制領(lǐng)域出現(xiàn)了諸多無線設(shè)備，如無線壓力、差壓變送器、溫度變送器、無線定位器等。艾默生的智能無線技術(shù)就是其中的一個(gè)代表。華能上海石洞口第一電廠熱控專業(yè)一貫關(guān)注新技術(shù)，考慮到此次改造在灰?guī)焐戏笤O(shè)電纜確實(shí)比較困難，因此決定嘗試一下無線這樣的新技術(shù)。由于發(fā)電廠普遍采用艾默生的羅斯蒙特變送器，我們此次還是選擇了羅斯蒙特?zé)o線變送器。艾默生以合理的價(jià)格提供了無線變送器及相關(guān)設(shè)備。

　　無線硬件由無線變送器和無線網(wǎng)關(guān)1420構(gòu)成，單個(gè)無線設(shè)備之間的可視距離可以達(dá)到228米，無線網(wǎng)關(guān)和上位控制系統(tǒng)之間有線連接，通訊方式有Modbus 485、Modbus TCP/IP及OPC。上面是羅斯蒙特提供的無線技術(shù)方案示意圖，整個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的改造方案最初設(shè)計(jì)九臺(tái)變送器，后來由于設(shè)計(jì)方案的變動(dòng)只用了五臺(tái)。設(shè)備到貨后，整個(gè)無線設(shè)備系統(tǒng)的安裝與調(diào)試完全由熱控工程師完成，期間只是就相關(guān)技術(shù)問題咨詢了艾默生相關(guān)技術(shù)人員。至此，我們在上海的電力系統(tǒng)做了第一個(gè)無線樣板工程。

　　3 無線通訊和系統(tǒng)安全性

　　3.1 無線頻率

　　通常使用的與過程工業(yè)相關(guān)的ISM頻段有三個(gè)：900MHz、868MHz以及2.4GHz。900MHz頻率最常用于美國，868MHz頻段可以在歐洲大部分地區(qū)用于ISM通信，2.4GHz頻段則在全球范圍內(nèi)適用。2.4GHz頻段實(shí)際上包括了從2.4GHz到2.4835GHz區(qū)間，同時(shí)，2.4GHz頻段也是Wi-Fi工作頻段。智能無線技術(shù)就工作在這個(gè)頻段。

　　3.2 無線網(wǎng)絡(luò)可靠性與安全性

　　智能無線技術(shù)的一大特點(diǎn)是采用了自組織網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而不是常見的點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)。點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一臺(tái)設(shè)備直接與網(wǎng)關(guān)通訊，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間的通訊路徑要求完全可視，而這在現(xiàn)場是比較難以做到的；網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一臺(tái)無線設(shè)備都可以作為其他無線設(shè)備的中繼路由，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間無需完全可視。同時(shí)自組織特性保證了網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備至少有兩個(gè)通訊路徑，一旦其中的一條通信路徑由于某種原因被中斷，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)利用其它的路徑進(jìn)行通訊，從而確保了智能無線技術(shù)在復(fù)雜的工廠環(huán)境中依然可靠。

　　智能無線技術(shù)將2.4GHz頻段分成16個(gè)更窄的頻段，并采用跳頻技術(shù)，如果在其中的一個(gè)頻段檢測到干擾，網(wǎng)絡(luò)通訊將切換到另外一個(gè)頻段。同時(shí)智能無線技術(shù)內(nèi)置了數(shù)據(jù)加密與校驗(yàn)，發(fā)送設(shè)備與接受設(shè)備之間也需要身份驗(yàn)證，數(shù)據(jù)的訪問也需要相應(yīng)的權(quán)限才能進(jìn)行。

　　此外，值得一提的是，智能無線現(xiàn)場設(shè)備完全由電池供電，這得益于對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行的低功耗改造，使得無線裝置可以在現(xiàn)場連續(xù)工作數(shù)年而不用更換電池。其次，其采用的電池包含多項(xiàng)專利，具有本安、防短路等多項(xiàng)特性，可以在危險(xiǎn)環(huán)境中隨意更換而無需采取特殊安全措施。

　　4 實(shí)施方案

　　4.1 廠家自身系統(tǒng)的連接

　　智能無線網(wǎng)絡(luò)由無線變送器和1420無線網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。在完成簡單的配置和現(xiàn)場設(shè)備安裝后，1420網(wǎng)關(guān)接通24VDC電源，變送器裝上電池，整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)就可以自動(dòng)上線。