田亭

【摘要】針對(duì)內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托電廠對(duì)工業(yè)園區(qū)供熱的實(shí)際情況，從現(xiàn)有的供熱監(jiān)測(cè)和計(jì)量手段出發(fā)，利用無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的無(wú)線監(jiān)測(cè)和計(jì)量，論述了各種無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)的融合，分析了無(wú)線控制技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)無(wú)線控制技術(shù)在電廠的應(yīng)用進(jìn)行了展望，提升供熱熱網(wǎng)的技術(shù)管理水平。

【關(guān)鍵詞】供熱；無(wú)線通訊技術(shù)；無(wú)線監(jiān)測(cè)；Modbus通訊

引言

近一段時(shí)間以來(lái)，無(wú)線控制技術(shù)已成為自動(dòng)化領(lǐng)域的熱門(mén)話題，無(wú)線控制技術(shù)可以大幅降低控制系統(tǒng)成本，并有效簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，具有逐步替代傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的潛力，是未來(lái)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長(zhǎng)點(diǎn)和發(fā)展方向之一。傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)是有線控制系統(tǒng)，具有監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量多、布線復(fù)雜、集成難度較大，施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)工作量大等問(wèn)題。首先，惡劣的環(huán)境給工程布線帶來(lái)了一定的困難；其次，由于布線數(shù)量多和布線路徑復(fù)雜，一方面需要設(shè)置母線槽、電纜橋架、電纜穿管等，另一方面需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境選擇耐高溫、防爆、阻燃等要求的電纜，以及橋架隔板，還需考慮防火堵料封堵等；再次，不便于維護(hù)，系統(tǒng)的安裝、查線、調(diào)試需要花費(fèi)大量時(shí)間，維護(hù)與更換的復(fù)雜度大，費(fèi)用較高，影響電廠建設(shè)工期；最后，電纜易老化腐蝕，控制系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行面臨著電纜老化、腐蝕破損等其他自然或人為損壞因素。因此，與有線控制方式相比，無(wú)線控制技術(shù)的優(yōu)越性是不言而喻的。在保證信號(hào)安全、暢通、可靠的條件下，通過(guò)無(wú)線技術(shù)可以將電廠用于監(jiān)視、控制、報(bào)警、保護(hù)等現(xiàn)場(chǎng)儀表傳感器與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、直到上層管理信息系統(tǒng)相集成，無(wú)線技術(shù)還可應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線設(shè)備之間互聯(lián)等。因此，無(wú)線控制技術(shù)具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。

1、無(wú)線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

為實(shí)現(xiàn)無(wú)線設(shè)備的互換性和互操作性，降低成本，擴(kuò)大應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益，無(wú)線技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而使來(lái)自不同生產(chǎn)廠商的無(wú)線智能儀表與控制系統(tǒng)產(chǎn)品能夠在同一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)下協(xié)同工作。早在2005年，國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)ISA100就倡導(dǎo)并致力于通過(guò)定義和頒布系列標(biāo)準(zhǔn)、推薦導(dǎo)則以及組成相應(yīng)技術(shù)工作組，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和控制環(huán)境下的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化。迄今為止，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)仍難以統(tǒng)一到一個(gè)真正意義上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，仍需要有一個(gè)融合發(fā)展的過(guò)程，其現(xiàn)狀是：其中有的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)已正式頒布實(shí)施，有的還在討論審批過(guò)程中，有的尚處于研發(fā)階段。目前無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：1、無(wú)線HART標(biāo)準(zhǔn)2、無(wú)線ISA100標(biāo)準(zhǔn)3、無(wú)線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)4、無(wú)線WIA—PA標(biāo)準(zhǔn)5、無(wú)線IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)6、其它無(wú)線。

IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE LAN/MAN標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制訂的有關(guān)無(wú)線局域網(wǎng)通信的系列標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線EnOcean標(biāo)準(zhǔn)是樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的一種無(wú)線通信系統(tǒng)，至今并未獲得相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的批準(zhǔn)認(rèn)可，但受到西門(mén)子等公司的大力支持。此外，還有僅在有限范圍內(nèi)用于傳輸少量數(shù)據(jù)的IEEE 802.15.1（藍(lán)牙）無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以及廣為所知的GSM/GPRS等無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

2、無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的融合

不難看出，目前無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的種類繁多，它們?cè)谑袌?chǎng)中也各占有一席之地，要想實(shí)現(xiàn)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一非常難，無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的融合面臨很大的挑戰(zhàn)。在這些新興的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中有三個(gè)公認(rèn)的主流標(biāo)準(zhǔn)，它們是無(wú)線ISA100.11a、無(wú)線HART、無(wú)線WIA—PA。由于無(wú)線ISA100.11a和無(wú)線HART之間有重合性，ISA100委員會(huì)為推進(jìn)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的融合工作，成立了融合小組—ISA100.12，目前ISA100.12已經(jīng)開(kāi)始做無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的融合工作，負(fù)責(zé)無(wú)線ISA100和無(wú)線HART的技術(shù)融合，它獨(dú)立咨詢各個(gè)終端用戶需求，成立融合用戶需求團(tuán)隊(duì)來(lái)接受用戶的需求，并提出無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)融合建議，融合工作建議請(qǐng)求已于2010年9月投票通過(guò)，并得到了ISA100委員會(huì)的批準(zhǔn)。

雖然無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)融合的過(guò)程是艱難和漫長(zhǎng)的，但隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的推動(dòng)，相信在不久的將來(lái)，無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)融合工作一定會(huì)有突破性進(jìn)展，以實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制產(chǎn)品價(jià)值的最大化。

3、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在托電公司供熱中的應(yīng)用

托電公司#8機(jī)組給工業(yè)園區(qū)供汽考慮到計(jì)量及費(fèi)用核算的問(wèn)題，所以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件儀表安裝的位置較遠(yuǎn)，使用有線設(shè)備安裝成本較高、且維護(hù)費(fèi)用較高。

托克托電廠公司通過(guò)與艾默生公司及上海?？怂共_有限公司商討，最終決定決定就地儀表采用艾默生的1420無(wú)線網(wǎng)關(guān)與FOXBORO公司的FBM230卡件通過(guò)RS485通訊協(xié)議進(jìn)行有線數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)園區(qū)供汽流量、溫度、壓力的采集。托電公司使用的無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過(guò)RS485與DCS進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

托克托電廠#8機(jī)組至工業(yè)園區(qū)供汽流量、溫度、壓力等無(wú)線儀表通過(guò)無(wú)線傳輸中繼器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線網(wǎng)關(guān)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過(guò)RS485通訊協(xié)議傳輸?shù)酵须姽?11機(jī)組DCS遠(yuǎn)程站，通過(guò)FOXBORO FBM230卡件進(jìn)行信號(hào)采集，從而實(shí)現(xiàn)了供汽流量、溫度及壓力信號(hào)的采集。

EPM工程師2013年10月現(xiàn)場(chǎng)勘察和調(diào)試，最終項(xiàng)目投運(yùn)日期為2013年底，截止到2015年9月整個(gè)智能無(wú)線系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，溫度、壓力、流量信號(hào)斷線異常偶爾發(fā)生。

通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在托電公司供熱領(lǐng)域的引用，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較合理，可以避免有線網(wǎng)絡(luò)布線相對(duì)于供熱網(wǎng)絡(luò)分散、實(shí)施難度難以預(yù)料的缺點(diǎn)，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)熱網(wǎng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)于用汽結(jié)算提供及時(shí)、準(zhǔn)確、有效的支持。（2）無(wú)線組網(wǎng)具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)/所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)。另外無(wú)線組網(wǎng)覆蓋范圍廣，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)布線就能夠覆蓋所有的熱網(wǎng)管線，擴(kuò)容無(wú)限制，可以滿足今后供汽業(yè)務(wù)擴(kuò)大的需求。（3）通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱網(wǎng)蒸汽運(yùn)行情況，可以提高供熱系統(tǒng)的安全性。同時(shí)蒸汽參數(shù)和結(jié)算熱量數(shù)據(jù)不用到就地去抄表，節(jié)約了人力資源投入。由于實(shí)現(xiàn)了結(jié)算蒸汽數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，能夠防止人為因素造成的誤差，減少了因此而帶來(lái)的供熱銷售收入的損失。

4、無(wú)線技術(shù)在電廠應(yīng)用展望

如前所述，無(wú)線控制技術(shù)已經(jīng)在電廠水源地、灰?guī)?、葉輪給煤機(jī)等地得到成功應(yīng)用，因此，在電廠無(wú)人值守的泵房、油灌區(qū)等輔助車間或輔助系統(tǒng)采用無(wú)線控制技術(shù)是可行的。

隨著無(wú)線控制協(xié)議融合的發(fā)展以及智能無(wú)線儀表、執(zhí)行器的應(yīng)用發(fā)展，在保證信號(hào)安全、暢通的條件下，無(wú)線技術(shù)原則上可以用于電廠的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視、排放監(jiān)視、旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)視、視頻安防、火焰遙測(cè)、廠內(nèi)通信、常規(guī)控制和保護(hù)等。

當(dāng)巡檢人員配置具有全功能PC環(huán)境的無(wú)線移動(dòng)工具，可實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行人員及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無(wú)線通信，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及過(guò)程的就地?cái)?shù)據(jù)收集、檢查、故障診斷、調(diào)校等，需要時(shí)也可與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)狀態(tài)檢修系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)文檔系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)信息共享。配置無(wú)線定位跟蹤系統(tǒng)后，可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)人員的動(dòng)態(tài)管理。

5、電廠應(yīng)用無(wú)線控制技術(shù)的建議

無(wú)線技術(shù)是過(guò)程控制領(lǐng)域最前沿的技術(shù)，采用無(wú)線控制技術(shù)使發(fā)電廠的設(shè)計(jì)、施工、

調(diào)試和運(yùn)行更加智能化和簡(jiǎn)單化。目前，美國(guó)艾默生公司、美國(guó)霍尼韋爾公司和日本橫河電機(jī)公司等已研發(fā)出一系列智能無(wú)線儀表設(shè)備，而且在國(guó)內(nèi)外都有成功的應(yīng)用業(yè)績(jī)，因此，可以在電廠的某些區(qū)域或系統(tǒng)逐步用無(wú)線控制系統(tǒng)替代有線控制系統(tǒng)。在電廠應(yīng)用無(wú)線控制技術(shù)的建議如下。

（1）基于目前國(guó)內(nèi)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，建議先在水源地、葉輪給煤機(jī)、除灰系統(tǒng)、城市供熱網(wǎng)站、輸煤碼頭卸料系統(tǒng)等采用無(wú)線控制系統(tǒng)，逐步擴(kuò)展到其它輔助車間系統(tǒng)。

（2）在電廠中應(yīng)用無(wú)線技術(shù)應(yīng)選擇合適的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和有一定技術(shù)實(shí)力以及工程應(yīng)用能力的供應(yīng)廠商，從而使所選定的無(wú)線控制系統(tǒng)滿足電廠安全性、擴(kuò)展性、開(kāi)放性、可靠性、良好電源管理性和多協(xié)議支持等要求。

（3）選擇無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，建議重點(diǎn)考慮：一是較低頻率的無(wú)線技術(shù)有著較長(zhǎng)的通信距離；二是在傳輸距離和空間數(shù)據(jù)傳輸速率之間要掌握好平衡點(diǎn)，傳輸速率越低其傳輸距離則越遠(yuǎn)；三是選用合理的傳輸方法，如：固定頻率、FHSS、DSSS、OFDM等，采取一定的安全措施，如：信息加密、鑒定/確認(rèn)、密匙管理等。