智能无线技术在电厂除灰系统的应用

1 系统概况

　　华能上海石洞口第一电厂除灰系统主要由仓泵出灰和灰库等系统构成，系统控制由PLC完成。由于历史原因，除灰控制系统原先并不属热控管辖范围，系统设计理念陈旧，模拟量信号少，自动化水平较低。

　　2008年热控专业对除灰控制系统进行了一次改造，控制范围囊括了四台炉的气力输灰、灰库、灰浆系统。上位机HMI部分改为标准的客户机/服务器结构，配置六个客户端，

　　两个冗余服务器，一个工程师站和一个数据库服务器。运行人员在客户端进行操作，画面由服务器提供，工程师站修改程序和画面。任何修改只要在工程师站完成，运行人员只要切换画面就能对操作画面进行更新，不需要重启计算机。

　　为了提升除灰系统的自动化水平，这一轮改造后，热控专业又着手对就地设备进行完善。但由于原除灰系统自动化水平低，运行人员长期手动操作，无法对现场设备提出控制要求。因此我们通过对就地设备的观察，决定增加库顶风机压差信号、库底流化风机和斜槽流化风机压力信号。

　　2 应用工程简介

　　随着科学技术的高速发展，近年来，无线技术得到了长足的发展，过程控制领域出现了诸多无线设备，如无线压力、差压变送器、温度变送器、无线定位器等。艾默生的智能无线技术就是其中的一个代表。华能上海石洞口第一电厂热控专业一贯关注新技术，考虑到此次改造在灰库上敷设电缆确实比较困难，因此决定尝试一下无线这样的新技术。由于发电厂普遍采用艾默生的罗斯蒙特变送器，我们此次还是选择了罗斯蒙特无线变送器。艾默生以合理的价格提供了无线变送器及相关设备。

　　无线硬件由无线变送器和无线网关1420构成，单个无线设备之间的可视距离可以达到228米，无线网关和上位控制系统之间有线连接，通讯方式有Modbus 485、Modbus TCP/IP及OPC。上面是罗斯蒙特提供的无线技术方案示意图，整个现场设备的改造方案最初设计九台变送器，后来由于设计方案的变动只用了五台。设备到货后，整个无线设备系统的安装与调试完全由热控工程师完成，期间只是就相关技术问题咨询了艾默生相关技术人员。至此，我们在上海的电力系统做了第一个无线样板工程。

　　3 无线通讯和系统安全性

　　3.1 无线频率

　　通常使用的与过程工业相关的ISM频段有三个：900MHz、868MHz以及2.4GHz。900MHz频率最常用于美国，868MHz频段可以在欧洲大部分地区用于ISM通信，2.4GHz频段则在全球范围内适用。2.4GHz频段实际上包括了从2.4GHz到2.4835GHz区间，同时，2.4GHz频段也是Wi-Fi工作频段。智能无线技术就工作在这个频段。

　　3.2 无线网络可靠性与安全性

　　智能无线技术的一大特点是采用了自组织网状拓扑结构，而不是常见的点对点结构。点对点拓扑结构中，每一台设备直接与网关通讯，设备与网关之间的通讯路径要求完全可视，而这在现场是比较难以做到的；网状拓扑结构中，每一台无线设备都可以作为其他无线设备的中继路由，设备与网关之间无需完全可视。同时自组织特性保证了网络中每个设备至少有两个通讯路径，一旦其中的一条通信路径由于某种原因被中断，网络会自动利用其它的路径进行通讯，从而确保了智能无线技术在复杂的工厂环境中依然可靠。

　　智能无线技术将2.4GHz频段分成16个更窄的频段，并采用跳频技术，如果在其中的一个频段检测到干扰，网络通讯将切换到另外一个频段。同时智能无线技术内置了数据加密与校验，发送设备与接受设备之间也需要身份验证，数据的访问也需要相应的权限才能进行。

　　此外，值得一提的是，智能无线现场设备完全由电池供电，这得益于对现场设备进行的低功耗改造，使得无线装置可以在现场连续工作数年而不用更换电池。其次，其采用的电池包含多项专利，具有本安、防短路等多项特性，可以在危险环境中随意更换而无需采取特殊安全措施。

　　4 实施方案

　　4.1 厂家自身系统的连接

　　智能无线网络由无线变送器和1420无线网关构成。在完成简单的配置和现场设备安装后，1420网关接通24VDC电源，变送器装上电池，整个无线网络就可以自动上线。