電廠DCS現(xiàn)狀分析

電廠DCS現(xiàn)狀分析一、DCS概述DCS,(DistributedControlSystem)簡稱分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)控制系統(tǒng)，綜合了計算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。DCS的結(jié)構(gòu)如圖1所示，從下到上分為現(xiàn)場I/O層，過程控制層、機(jī)組監(jiān)控層。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已向上發(fā)展到生產(chǎn)管理層和決策管理層；DCS可以按照需要與更高性能的計算機(jī)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。圖1DCS的結(jié)構(gòu)DCS具有以下特點：(1)高可靠性由于DCS各系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機(jī)上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機(jī)出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺計算機(jī)的可靠性也得到提高。⑵開放性DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機(jī)的工作。⑶靈活性通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。(4)易于維護(hù)功能單一的小型或微型專用計算機(jī)，具有維護(hù)簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機(jī)出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換，迅速排除故障。⑸協(xié)調(diào)性各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。(6)控制功能齊全控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。二、電廠DCS的應(yīng)用與發(fā)展當(dāng)今，DCS勺應(yīng)用范圍和功能的迅速擴(kuò)展。2.1DCS應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)展20世紀(jì)末，DCS在國內(nèi)燃煤機(jī)組上應(yīng)用時，其監(jiān)控功能覆蓋范圍還僅限D(zhuǎn)ASMCSFSSS和SCS四項。即使在2004年發(fā)布的Q/DG1-K401-2004《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS技術(shù)規(guī)范書》中，DCSA用的主要功能子系統(tǒng)仍然還是以上四項，但實際上近幾年DCS勺應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展，除了一大批高參數(shù)、大容量、不同控制結(jié)構(gòu)的燃煤火電機(jī)組（如浙江玉環(huán)電廠1000MV機(jī)組）的各個控制子系統(tǒng)全面應(yīng)用外，脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、空冷系統(tǒng)、大型循環(huán)流化床（CFB鍋爐等新工藝上都成功應(yīng)用?？梢哉f只要工藝上能夠?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)，DCS都能實現(xiàn)對其進(jìn)行可靠控制。2.2單元機(jī)組控制系統(tǒng)一體化的崛起隨著一些電廠將電氣發(fā)變組和廠用電系統(tǒng)的控制（ECS功能納入DCS勺SCS控制功能范圍，ETS控制功能改由DCS模件構(gòu)成，DEH與DCS勺軟硬件合二為一，以及一些機(jī)組的煙氣濕法脫硫控制直接進(jìn)入單元機(jī)組DCSB制的成功運(yùn)行，標(biāo)志著控制系統(tǒng)一體化，在DCS技術(shù)的發(fā)展推動下而走向成熟。由于一體化減少了信號間的連接接口以及因接口及線路異常帶來的傳遞過程故障，減少了備品備件的品種和數(shù)量，降低了維護(hù)的工作量及費(fèi)用，所以近幾年一體化控制系統(tǒng)在不同容量的新建機(jī)組中逐漸得到應(yīng)用，如浙江華能玉環(huán)電廠4X1000MW機(jī)組、臺州電廠2X300MW機(jī)組和安徽鳳臺電廠4X600MW機(jī)組均全廠采用西屋Ovation系統(tǒng)，國華浙能寧海電廠4X600MW機(jī)組全廠采用西門子公司的「XP系統(tǒng)，大唐烏沙山電廠4X600MW機(jī)組全廠采用I/A系統(tǒng)，國華臺山電廠2X1000MW機(jī)組采用北京和利時公司系統(tǒng)，浙江樂清電廠4X600MW機(jī)組全廠采用ABB公司的SYMPHONY統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)一體化的實現(xiàn)，是電力行業(yè)DCS應(yīng)用功能快速發(fā)展的體現(xiàn)。排除人為因素外，控制系統(tǒng)一體化將為越來越多的電廠所采用。2.3DCS結(jié)構(gòu)變化，應(yīng)用技術(shù)得到快速發(fā)展隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近年來DCS系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化。過去強(qiáng)調(diào)的是控制功但過多的控制器能盡可能分散，由此帶來的是使用過多的控制器和接口間連接。但過多的控制器和接口間連接，不一定能提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，相反到有可能導(dǎo)致故障停機(jī)的概率增加。何況單元機(jī)組各個控制系統(tǒng)間的信號聯(lián)系千絲萬縷，互相牽連，一對控制器故障就可能導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，即使沒有直接導(dǎo)致停機(jī)，也會影響其它控制器因失去正確的信號而不能正常工作。因此隨著控制器功能與容量的成倍增加、更多安全措施（包括采用安全性控制器）、冗余技術(shù)的采用（有的DCS的核心部件CPU采用2X2冗余方式）以及速度與可靠性的提高，目前DCS正在轉(zhuǎn)向適度集中，將相互聯(lián)系密切的多個控制系統(tǒng)和非常復(fù)雜的控制功能集中在一對控制器中，以及上述所說的單元機(jī)組采用一體化控制系統(tǒng)，正成為DCS應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的新方向，這不但減少了故障環(huán)節(jié)，還因內(nèi)部信息交換方便和信息傳遞途徑的減少而提高了可靠性。此外，隨著近幾年DC負(fù)用技術(shù)的發(fā)展，如采用通用化的硬件平臺，獨立的應(yīng)用軟件體系，標(biāo)準(zhǔn)化的通訊協(xié)議，PLC控制器的融入，F(xiàn)CS功能的實現(xiàn)，一鍵啟動技術(shù)的成功應(yīng)用等，都為DCS增添了新的活力，功能進(jìn)一步提高，應(yīng)用范圍更加寬廣。2.4全廠輔控系統(tǒng)走向集中監(jiān)控一個火電廠有10多個輔助車間，國內(nèi)過去通常都是由PLC和上位機(jī)構(gòu)成各自的網(wǎng)絡(luò)，在各車間控制室內(nèi)單獨控制，因此得配備大量的運(yùn)行人員。為了提高外圍設(shè)備控制水平和勞動生產(chǎn)率，達(dá)到減員增效的目的，隨著DCS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能的提高，目前各個輔助車間的控制已趨向適度集中，整合成一個輔控網(wǎng)（簡稱BOP即BalaneeOfPlant的縮寫）方向發(fā)展，即將相互獨立的各個外圍輔助系統(tǒng)，利用計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行集成，在全廠IT系統(tǒng)上進(jìn)行運(yùn)行狀況監(jiān)控，實現(xiàn)外圍控制少人值班或無人值班。近幾年新建工程迅速向這個方向發(fā)展。如國華浙能寧海電廠一期工程（4X600MWV燃煤機(jī)組BOFS蓋了水、煤、灰等共13個輔助車間子系統(tǒng)的監(jiān)控，下設(shè)水、煤、灰三個監(jiān)控點，集中監(jiān)控點設(shè)在四機(jī)一控室里，打破了傳統(tǒng)的全廠輔助車間運(yùn)行管理模式，不但比常規(guī)減員30%還提升了全廠運(yùn)行管理水平。整個輔控網(wǎng)的硬件和軟件的統(tǒng)一，減少了庫存?zhèn)淦穫浼叭粘９芾砭S護(hù)費(fèi)用。由于取消了多個就地控制室，使得基建費(fèi)用和今后的維護(hù)費(fèi)用都減少。一些老廠的輔助車間也在進(jìn)行BOP改造，其中浙江省第一家完成改造的是嘉興發(fā)電廠2X300MV機(jī)組，取得較好效果。2.5局部系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線自動化技術(shù)的發(fā)展，帶來新型自動化儀表的涌現(xiàn)，現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS是其中一種，它和DCS緊密結(jié)合，是提高控制信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、實時性、快速性和機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性，解決現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)代化管理，以及降低工程投資等的一項先進(jìn)的和有效的組合。目前在西方發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)場總線已應(yīng)用到各個行業(yè)，其中電力行業(yè)最典型的是德國尼德豪森電廠2X950MW機(jī)組的控制系統(tǒng)，采用的就是PROFIBU現(xiàn)場總線。2.6SIS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展SIS系統(tǒng)是實現(xiàn)電廠管理信息系統(tǒng)與各種分散控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換、實時信息共享的橋梁，其功能包括廠級實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視，廠級性能計算與分析。在電網(wǎng)明確調(diào)度方式有非直調(diào)方式且應(yīng)用軟件成熟的前提下，可以設(shè)置負(fù)荷調(diào)度分配功能。設(shè)備故障診斷功能、壽命管理功能、系統(tǒng)優(yōu)化功能以及其它功能（根據(jù)電廠實際情況確定是否設(shè)置）。自從國家電力公司電力規(guī)劃總院在2000年提出這一概念和規(guī)劃后，至今估計有200家多電廠建立了SIS系統(tǒng)，可謂發(fā)展相當(dāng)迅速。但是自從SIS系統(tǒng)投運(yùn)以來，其所起的作用只是數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示和可打印各類生產(chǎn)報表，能夠真正把SIS的應(yīng)用功能盡情發(fā)揮出來的很少，其面向統(tǒng)計/生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)分析工具，基于熱經(jīng)濟(jì)性分析的運(yùn)行優(yōu)化，以品質(zhì)經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的控制優(yōu)化，以提高可靠性為目的的設(shè)備故障診斷等功能基本多數(shù)都未能付緒實施。其原因主要有設(shè)計不夠完善，多數(shù)SIS廠家并沒有完全吃透專業(yè)性極強(qiáng)的后臺程序及算法，使其在生產(chǎn)實際中未能發(fā)揮作用，加上與現(xiàn)場生產(chǎn)脫節(jié)，因此SIS代理商所能做的只是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，邊搭建一個基本的SIS架構(gòu)邊進(jìn)行摸索。此外SIS應(yīng)涵蓋哪些內(nèi)容沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)也緩慢了其功能的應(yīng)用。但從大的方向上看，SIS系統(tǒng)的建設(shè)符合技術(shù)發(fā)展的需要和中國電力市場發(fā)展的趨勢，將給發(fā)電廠特別是大型的現(xiàn)代化發(fā)電廠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。三、國內(nèi)外主要制造商目前世界上主要制造商有Foxboro（美）、SIEMENS德）、ABB瑞士）、Emerson（美）、HITACH日）、LEEDS&NORTHRMP（、Honewell（美）、Hartmann&Braun（德）、Yokogawa（日）、等。在國內(nèi)DCSA家中，最大的供貨商依次為：浙大中控、合利時、上海新華、上儀、四聯(lián)、威盛等。在應(yīng)用DCS的過程中，我國科研技術(shù)人員在消化吸收國外技術(shù)的同時，自主創(chuàng)新我國自己的DCS經(jīng)過多年努力，他們都已經(jīng)取得可喜的成果，如新華控制工程公司的XDPS-400北京和利時的FOCSffi國電智深公司的EDPF-NT華能信息產(chǎn)業(yè)公司的PINECONTRO都已在多個電廠試驗應(yīng)用的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改造提高后、達(dá)到或接近國外廠家同類的DCS水平，并已在600、1000WMH組改造或新建工程中得到廣泛應(yīng)用，受到電廠的歡迎和好評，且其價格低于國外成套進(jìn)口的設(shè)備。四、分析兩個廠家DCS發(fā)展的歷史4.1日本三菱重工株式會社三菱重工是在對電廠設(shè)備工藝系統(tǒng)設(shè)計和制造已經(jīng)趨于成熟后才進(jìn)入控制領(lǐng)域的。他最初使用的是集成美國Bailey公司的820系統(tǒng)和L&N的控制系統(tǒng)，后來總結(jié)經(jīng)驗，結(jié)合自己的產(chǎn)品，開發(fā)自己的DIASYS系統(tǒng)。在三菱重工電廠DCS研發(fā)過程中，回避了三菱重工硬件設(shè)備產(chǎn)能不足和開發(fā)成本過高的缺陷，抓住核心的控制軟件技術(shù)和自身工藝設(shè)備制造商的優(yōu)勢，以提高整體設(shè)備運(yùn)行的可靠性和協(xié)調(diào)性為出發(fā)點，大量采用開放技術(shù)和第三方可靠硬件，將它們按照自己的DCS設(shè)備需求來設(shè)計，有機(jī)的組合在一起，并且開發(fā)了具有針對現(xiàn)場控制設(shè)備、測量設(shè)備和專用安全防護(hù)設(shè)備，從而有效的提高了控制安全等級和控制精度。開放性還體現(xiàn)在不同的層面，例如：DIASYS的組態(tài)軟件就是借鑒微軟公司的MSVISIO，這是MSOffice辦公自動化套裝軟件之一。利用這個平臺開發(fā)的組態(tài)工具，具有與主流操作系統(tǒng)良好的兼容性，與MSOffice可以任意嵌入和鏈接，彳艮好的解決了報表處理、統(tǒng)計計算、數(shù)據(jù)分析等功能的嵌入。此外，由于MSVISIO是獨立于DIASYS系統(tǒng)而提供升級服務(wù)的軟件，因此在微軟推出了新版本的VISIO的同時，也就意味著DIASYS的組態(tài)軟件自動升級?，F(xiàn)在，三菱的DIASYS系統(tǒng)被認(rèn)為是世界上最先進(jìn)的電廠DCS設(shè)備。同時，三菱重工在日本還是電廠的運(yùn)營商，很多運(yùn)行經(jīng)驗被補(bǔ)充到控制和工藝系統(tǒng)的設(shè)計中去，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適用性。4.2南京科遠(yuǎn)自動化集團(tuán)股份有限公司1993年1996年，是科遠(yuǎn)DCS起步和原始積累階段?？七h(yuǎn)公司在研發(fā)、生產(chǎn)及銷售自動化儀表基礎(chǔ)上，根據(jù)熱工自動化技術(shù)發(fā)展趨勢，自主開發(fā)了NT2000分散控制系統(tǒng)，完成了DCS系統(tǒng)初步開發(fā)積累。1997年2002年，是科遠(yuǎn)DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展階段，在與行業(yè)廣大客戶及相關(guān)專家的不斷的溝通中，科遠(yuǎn)清醒地意識到DCS各來會取代常規(guī)儀表。因此，加強(qiáng)了DCS升級、開發(fā)步伐，鑒于當(dāng)時國內(nèi)生產(chǎn)制造工藝相對落后，同時限于計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)水平以及控制技術(shù)，硬件質(zhì)量在一定程度上與進(jìn)口DCS存在不小的差距，1997年年底與英國歐陸公司結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，由他們來作為科遠(yuǎn)的硬件供應(yīng)商，提供DPU和I/O模件硬件，結(jié)合科遠(yuǎn)自主研發(fā)的火電廠自動化控制軟件，于1997年開發(fā)成功了NETWORK-60分散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過了國家電力公司電力規(guī)劃設(shè)計總院專家組的科技成果技術(shù)評審。2003年至今，是科遠(yuǎn)DCS快速發(fā)展階段。為了提升科遠(yuǎn)自動化在熱工自動化領(lǐng)域的市場地位，在自主研發(fā)的NT2000分散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了迅速占領(lǐng)市場，采用了部分進(jìn)口部件，為公司的快速發(fā)展打下了堅實的產(chǎn)品基礎(chǔ)，取得了較高的市場份額。隨著公司技術(shù)實力的增強(qiáng)和響應(yīng)國家關(guān)于重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化的要求，科遠(yuǎn)于2007年完成了NT2000的升級，初步形成了具有完全獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的NT6000分散控制系統(tǒng)，并得到了江蘇省重大科技成果產(chǎn)業(yè)化專項資金資助。目前NT6000分散控制系統(tǒng)已經(jīng)在在干熄焦(CDQ發(fā)電、水泥至純低溫余熱發(fā)電、高爐煤氣發(fā)電、循環(huán)流化床控制系統(tǒng)、秸桿焚燒發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、化工、冶金、造紙、玻璃等工礦企業(yè)的生產(chǎn)過程自動化控制領(lǐng)域等行業(yè)取得了許多成功業(yè)績。同時，專門針對冶金、煤礦等行業(yè)自動化的產(chǎn)品或解決方案的研發(fā)也取得重大進(jìn)展，并將逐步投放市場。五、小結(jié)DCS經(jīng)過30多年的發(fā)展，應(yīng)用的領(lǐng)域很廣，為全球工業(yè)發(fā)展作出很大的奉獻(xiàn)。就國內(nèi)外DCS供應(yīng)廠家的發(fā)展來看，從傳統(tǒng)的工藝設(shè)備制造商到過程控制系統(tǒng)的供應(yīng)商是一個飛躍。從ABB西屋、三菱重工、西門子、GE阿爾斯通、日立等跨國企業(yè)的成長歷程可以看出，它們本身都是集電廠設(shè)備制造、控制系統(tǒng)制造、集成于一身的大型綜合性企業(yè)集團(tuán)。這些集團(tuán)的電廠控制系統(tǒng)都是用于增強(qiáng)其工程實施能力和產(chǎn)品附加值的有力保證，很多企業(yè)都將成功控制對手的工藝設(shè)備看作企業(yè)的一種綜合實力的體現(xiàn)。另外很重要的一點，能夠獨立進(jìn)行控制系統(tǒng)配套對于這些企業(yè)還兼具著保護(hù)工藝系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán)的重任。電廠在改造或新建DCS工程中，首先考慮的是可靠性；其次是通訊的速度；再次是操作的界面是否容易和符合中國人