智能無線技術在電廠除灰系統的應用

1 系統概況

　　華能上海石洞口第一電廠除灰系統主要由倉泵出灰和灰庫等系統構成，系統控制由PLC完成。由于歷史原因，除灰控制系統原先并不屬熱控管轄范圍，系統設計理念陳舊，模擬量信號少，自動化水平較低。

　　2008年熱控專業對除灰控制系統進行了一次改造，控制范圍囊括了四臺爐的氣力輸灰、灰庫、灰漿系統。上位機HMI部分改為標準的客戶機/服務器結構，配置六個客戶端，

　　兩個冗余服務器，一個工程師站和一個數據庫服務器。運行人員在客戶端進行操作，畫面由服務器提供，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行更新，不需要重啟計算機。

　　為了提升除灰系統的自動化水平，這一輪改造后，熱控專業又著手對就地設備進行完善。但由于原除灰系統自動化水平低，運行人員長期手動操作，無法對現場設備提出控制要求。因此我們通過對就地設備的觀察，決定增加庫頂風機壓差信號、庫底流化風機和斜槽流化風機壓力信號。

　　2 應用工程簡介

　　隨著科學技術的高速發展，近年來，無線技術得到了長足的發展，過程控制領域出現了諸多無線設備，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就是其中的一個代表。華能上海石洞口第一電廠熱控專業一貫關注新技術，考慮到此次改造在灰庫上敷設電纜確實比較困難，因此決定嘗試一下無線這樣的新技術。由于發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無線變送器。艾默生以合理的價格提供了無線變送器及相關設備。

　　無線硬件由無線變送器和無線網關1420構成，單個無線設備之間的可視距離可以達到228米，無線網關和上位控制系統之間有線連接，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方案示意圖，整個現場設備的改造方案最初設計九臺變送器，后來由于設計方案的變動只用了五臺。設備到貨后，整個無線設備系統的安裝與調試完全由熱控工程師完成，期間只是就相關技術問題咨詢了艾默生相關技術人員。至此，我們在上海的電力系統做了第一個無線樣板工程。

　　3 無線通訊和系統安全性

　　3.1 無線頻率

　　通常使用的與過程工業相關的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用于ISM通信，2.4GHz頻段則在全球范圍內適用。2.4GHz頻段實際上包括了從2.4GHz到2.4835GHz區間，同時，2.4GHz頻段也是Wi-Fi工作頻段。智能無線技術就工作在這個頻段。

　　3.2 無線網絡可靠性與安全性

　　智能無線技術的一大特點是采用了自組織網狀拓撲結構，而不是常見的點對點結構。點對點拓撲結構中，每一臺設備直接與網關通訊，設備與網關之間的通訊路徑要求完全可視，而這在現場是比較難以做到的；網狀拓撲結構中，每一臺無線設備都可以作為其他無線設備的中繼路由，設備與網關之間無需完全可視。同時自組織特性保證了網絡中每個設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，網絡會自動利用其它的路徑進行通訊，從而確保了智能無線技術在復雜的工廠環境中依然可靠。

　　智能無線技術將2.4GHz頻段分成16個更窄的頻段，并采用跳頻技術，如果在其中的一個頻段檢測到干擾，網絡通訊將切換到另外一個頻段。同時智能無線技術內置了數據加密與校驗，發送設備與接受設備之間也需要身份驗證，數據的訪問也需要相應的權限才能進行。

　　此外，值得一提的是，智能無線現場設備完全由電池供電，這得益于對現場設備進行的低功耗改造，使得無線裝置可以在現場連續工作數年而不用更換電池。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 廠家自身系統的連接

　　智能無線網絡由無線變送器和1420無線網關構成。在完成簡單的配置和現場設備安裝后，1420網關接通24VDC電源，變送器裝上電池，整個無線網絡就可以自動上線。