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艾默生智能無線技術(shù)應(yīng)用于電廠除灰系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備改造
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  華能上海石洞口第一電廠 檢修部 熱控專業(yè)

  [摘要] 華能上海石洞口第一電廠熱控專業(yè)大膽采用新技術(shù),將艾默生智能無線技術(shù)應(yīng)用于電廠除灰系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備改造。無線技術(shù)簡單易用,加上對現(xiàn)有控制系統(tǒng)有充分了解,因此,熱控人員在短短的兩三天內(nèi)就完成了改造施工和調(diào)試,將現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)與無線技術(shù)無縫連接起來。

  [關(guān)鍵詞] 無線網(wǎng)關(guān) 控制方案 無線頻率 網(wǎng)絡(luò)可靠性 發(fā)展趨勢

  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)斓认到y(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)計理念陳舊,模擬量信號少,自動化水平較低。

  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爐的氣力輸灰、灰?guī)、灰漿系統(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),配置六個客戶端,兩個冗余服務(wù)器,一個工程師站和一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。運行人員在客戶端進(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,不需要重啟計算機(jī)。

  為了提升除灰系統(tǒng)的自動化水平,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)自動化水平低,運行人員長期手動操作,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、庫底流化風(fēng)機(jī)和斜槽流化風(fēng)機(jī)壓力信號。

  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,整個現(xiàn)場設(shè)備的改造方案最初設(shè)計九臺變送器,后來由于設(shè)計方案的變動只用了五臺。設(shè)備到貨后,整個無線設(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: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頻段實際上包括了從2.4GHz到2.4835GHz區(qū)間,同時,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)的一大特點是采用了自組織網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而不是常見的點對點結(jié)構(gòu)。點對點拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,每一臺設(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。同時自組織特性保證了網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備至少有兩個通訊路徑,一旦其中的一條通信路徑由于某種原因被中斷,網(wǎng)絡(luò)會自動利用其它的路徑進(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個更窄的頻段,并采用跳頻技術(shù),如果在其中的一個頻段檢測到干擾,網(wǎng)絡(luò)通訊將切換到另外一個頻段。同時智能無線技術(shù)內(nèi)置了數(shù)據(jù)加密與校驗,發(fā)送設(shè)備與接受設(shè)備之間也需要身份驗證,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專利,具有本安、防短路等多項特性,可以在危險環(huán)境中隨意更換而無需采取特殊安全措施。

  4 實施方案

  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,整個無線網(wǎng)絡(luò)就可以自動上線。

  4.2 無線與控制系統(tǒng)的連接

  1420無線網(wǎng)關(guān)是無線設(shè)備和現(xiàn)有控制系統(tǒng)之間的接口,從網(wǎng)關(guān)到主機(jī)的連接可以用多種方式接入,主要有Modbus RS485,Modbus TCP/IP或OPC。而改造后的除灰控制系統(tǒng)使用的是羅克韋爾AB系列PLC,人機(jī)接口部分為羅克韋爾FactoryTalk View通用HMI解決方案。由于 AB 系列PLC中沒有空余的485接口,因此本方案我們采用OPC的通訊方式。

  5 無線網(wǎng)絡(luò)的配置

  無線網(wǎng)絡(luò)的配置相對比較簡單,分現(xiàn)場設(shè)備的配置和網(wǎng)關(guān)的配置兩個環(huán)節(jié),F(xiàn)場設(shè)備的配置主要是Join Key、Network ID及數(shù)據(jù)刷新速率等的配置,Join Key和Network ID分別為和無線設(shè)備通訊的握手密碼和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識,可以使用無線網(wǎng)關(guān)的默認(rèn)值,數(shù)據(jù)刷新速率根據(jù)實際需要確定。這些參數(shù)的設(shè)定可以通過支持無線版本的HART 375手操器進(jìn)行,也可以在隨機(jī)配備的無線配置軟件中進(jìn)行設(shè)置。

  網(wǎng)關(guān)的配置需要從筆記本電腦登陸1420網(wǎng)關(guān)進(jìn)行,需要注意的是直接連接筆記本電腦和網(wǎng)關(guān)要使用隨機(jī)配備的交叉網(wǎng)線。網(wǎng)關(guān)的登陸地址為其IP地址,默認(rèn)為https://192.168.1.10。輸入用戶名和密碼登陸后就可以根據(jù)需要修改IP地址,一般來說,無需更改IP地址,但對于將網(wǎng)關(guān)集成到現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的,網(wǎng)關(guān)IP地址就需要改到相應(yīng)網(wǎng)段內(nèi)的空余IP地址。PLC控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)服務(wù)器的IP地址分別為192.168.0.1和 192.168.0.3,客戶端的地址是192.168.0.5,因此,我們把無線網(wǎng)關(guān)IP地址改為192.168.0.10。

  6 無線產(chǎn)品與控制系統(tǒng)的集成

  Emerson智能無線網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌軟件(版本3.8.9),對網(wǎng)關(guān)及無線系統(tǒng)的設(shè)置與瀏覽通過IE瀏覽器進(jìn)行,無需其他軟件,分別在Setup—>Internet protocol中設(shè)置IP地址為192.168.0.10,在Setup—>HART中設(shè)置儀表參數(shù),在Setup—>OPC中設(shè)置要映射上傳到上位機(jī)的變量。整個過程較簡潔。

  在AB系列 PLC控制系統(tǒng)一側(cè),只需在HMI軟件FactoryTalk View Studio中新建OPC,并選擇EmersonProcess.GatewayOPCServerDA.3,在FactoryTalk View Studio中運行Tag Browser,新建Tag點與網(wǎng)關(guān)中新建OPC中的Tag點(如下圖:192_168_0_10中Tag點)進(jìn)行連接并進(jìn)行HMI畫面組態(tài),就能正確顯示測量值。

  下面是改造后的控制及無線系統(tǒng)圖

  

  7 無線產(chǎn)品的應(yīng)用及評價

  Emerson的無線產(chǎn)品有常用的壓力、溫度、流量、液位(料位)變送器 、分析儀表和定位器等,基本涵蓋了熱控常用的測量信號。無線產(chǎn)品的優(yōu)點是明顯的,首先是費用的節(jié)省、人工、電纜和穿線管等就地施工費用的節(jié)省,也不需要購買模擬量卡件,施工及調(diào)試的時間也大大縮短。

  用戶首先要熟悉自己的控制系統(tǒng),而且用戶有權(quán)選擇自己喜歡熟悉的產(chǎn)品。對于自動化行業(yè)來說,這個公司的產(chǎn)品能提供的某些功能,別的公司也能提供,最關(guān)鍵的一點是我們?nèi)绾握_靈活地運用這些產(chǎn)品,拓寬思路,使自動化的應(yīng)用水平更上一層樓。

  至于從安全的角度來看,由于現(xiàn)在都是小范圍使用,沒有超過100臺,都不需要復(fù)雜多樣的無線網(wǎng)絡(luò)冗余方案。建議無線網(wǎng)關(guān)布置在離接收設(shè)備較近,離控制系統(tǒng)稍遠(yuǎn)的位置。

  無線技術(shù)目前主要應(yīng)用于無人值守的信號監(jiān)視和電力系統(tǒng)的熱力實驗等。當(dāng)然了,迄今為止無線技術(shù)仍未在工廠內(nèi)部廣泛采用。人們擔(dān)心無線系統(tǒng)的可靠性、安全性以及電池的壽命,即使在傳統(tǒng)的有線技術(shù)方案成本高昂的情況下也不愿意冒風(fēng)險去應(yīng)用嘗試新產(chǎn)品。

  8 未來展望

  隨著無線設(shè)備及無線電力輸出技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,人們曾經(jīng)擔(dān)心的這些新技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用,越來越被認(rèn)可,甚至作為一種標(biāo)準(zhǔn)得到逐步加強(qiáng)。

  互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生和發(fā)展,也帶動了社會、家庭及自動控制對互聯(lián)網(wǎng)的需求和依賴,互聯(lián)網(wǎng)從2G到3G,這種局面也隨之改變。在許多領(lǐng)域的操作中,人們正在將目光投向無線技術(shù),未來無線技術(shù)將被普遍應(yīng)用到各種產(chǎn)品中去。

  


 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產(chǎn)品目錄
供應(yīng)信息

公司名稱: 艾默生過程管理
聯(lián) 系 人: 銷售部
電  話: 021-28929000
傳  真: 86-21-28929001
地  址: 上海市浦東新區(qū)新金橋路1277號
郵  編: 201206
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