火電廠幾種主流DCS系統(tǒng)介紹PPT課件

1、1,.,火電廠幾種主流DCS系統(tǒng)介紹,2,.,DCS系統(tǒng)概述,現(xiàn)場(chǎng)儀表標(biāo)準(zhǔn)之戰(zhàn)結(jié)束，進(jìn)入工程實(shí)踐階段，多種總線(xiàn)并存的局面已經(jīng)形成。FF基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)主動(dòng)融入DCS系統(tǒng)中，或者稱(chēng)：經(jīng)過(guò)互操作性認(rèn)證的DCS系統(tǒng)是FF的主系統(tǒng)。目前已注冊(cè)的有11個(gè)公司的20個(gè)主控系統(tǒng)，涵蓋了世界上大部分DCS系統(tǒng)。 這種理念已經(jīng)得到工程實(shí)踐的考驗(yàn)，而且形 成共識(shí)，國(guó)內(nèi)外已有在電廠采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的 工程業(yè)績(jī)。,3,.,與信息技術(shù)(IT)融合。按照COTS(商業(yè)現(xiàn)貨技術(shù)Commercial Off The Shelf technology)的原則，采用快速以太網(wǎng)技術(shù)(包括TCPIP等)作為廠級(jí)系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。,4

2、,.,系統(tǒng)功能安全技術(shù)在實(shí)際流程工業(yè)的自控工程中已成為不可或缺的一部分，安全 儀表系統(tǒng)(SIS)和流程工業(yè)安全完整性等級(jí) (SIL)認(rèn)證體系正在形成。SIS和DCS融合或 兼容的趨勢(shì)也逐漸形成。,5,.,EDDL設(shè)備描述語(yǔ)言和系統(tǒng)集成技術(shù)以及在此基礎(chǔ)上形成的設(shè)備管理系統(tǒng)(AMS)已經(jīng)成為基礎(chǔ)自動(dòng)化不可分割的一部分，而且逐漸擴(kuò)大資產(chǎn)管理范圍，包括設(shè)備信息平臺(tái)、智能設(shè)備管理系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備管理系統(tǒng)、性能檢測(cè)系統(tǒng)等。目前資產(chǎn)管理系統(tǒng)在世界上已應(yīng)用了1000多套，全生命周期的企業(yè)資產(chǎn)管理和工程管理的理念正在形成。,6,.,管控一體化和儀控、電控一體化正在統(tǒng)一構(gòu)架下逐步實(shí)施，ERPMESPCS三層結(jié)構(gòu)已形

3、成共識(shí)，逐步實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化與企業(yè)信息管理的無(wú)縫集成。馬達(dá)控制中心(MCC)及企業(yè)用電的配電系統(tǒng)等在基礎(chǔ)模塊智能化及采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步納入以溫度、壓力、流量等信號(hào)為主的儀控系統(tǒng)中。,7,.,火電廠用DCS的特點(diǎn),大型火電廠用DCS除去上述趨勢(shì)共性外，還有它固有的個(gè)性：汽機(jī)、鍋爐等控制及安全要求復(fù)雜，燃料、水、灰等相關(guān)輔助設(shè)施龐大，產(chǎn)生的電能受電網(wǎng)調(diào)度要求高等，造成用于電廠的DCS應(yīng)具有回路反饋控制、順序控制、混合控制等復(fù)雜控制功能，具有驅(qū)動(dòng)多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，完成復(fù)雜計(jì)算能力及先進(jìn)控制(APC)功能。,8,.,由于FSSS對(duì)作為事件順序的操作記錄的要求很高，而且可能是多系統(tǒng)組合來(lái)完成該

4、項(xiàng)功能，所以SOE的帶有時(shí)間戳的開(kāi)關(guān)量輸入設(shè)備及相關(guān)功能是必須具備的。在時(shí)間同步方面，除了DCS系統(tǒng)內(nèi)時(shí)鐘同步方式，還有目前正興起的GPS衛(wèi)星時(shí)間同步方式。,9,.,由于電廠的主要產(chǎn)品“電能”的特殊性及電網(wǎng)調(diào)度和電業(yè)管理的要求，電廠已推行“火力發(fā)電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)技術(shù)要求”（SIS），現(xiàn)在也基本上做到很好和DCS之間的銜接問(wèn)題。,10,.,國(guó)外DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀,DCS系統(tǒng)進(jìn)入21世紀(jì)，在通信和信息管理技術(shù)、集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及工藝設(shè)備大型化的影響下，在節(jié)能環(huán)保和提高生產(chǎn)效率的需求下，形成了新一代的DCS，或稱(chēng)為第四代DCS。在電廠方面，我們重點(diǎn)介紹ABB、西門(mén)子Siemens（T3000）、

5、艾默生（Ovation）FOXBORO和日立Hitachi五家相關(guān)產(chǎn)品，這五家也是現(xiàn)在電廠DCS的主流廠家。,11,.,ABB,ABB在“Industrial IT”的架構(gòu)下，由ABB貝利Infi90 open形成的Symphony系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了800系列的新產(chǎn)品，推出Industrial lT Symphony最新的DCS系統(tǒng)。 其中，800 XA系統(tǒng)通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)的互可操作性測(cè)試(在擴(kuò)大范圍的程序下的HIST測(cè)試)。800XA已有用于大型電廠的業(yè)績(jī)。,12,.,ABB系統(tǒng)架構(gòu),主要節(jié)點(diǎn)類(lèi)型有現(xiàn)場(chǎng)控制單元(HCU)，人機(jī)系統(tǒng)接口操作站PGP (Power Generation

6、 Portal)，系統(tǒng)組態(tài)和維護(hù)工具(Composer)，計(jì)算機(jī)接口(ICI)，網(wǎng)絡(luò)接口單元(1IL)。網(wǎng)絡(luò)接口單元IIL提供了多個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交換能力：一個(gè)控制器模件可以控制上百個(gè)回路，監(jiān)視上千個(gè)過(guò)程變量控制層網(wǎng)絡(luò)以10mbps的速度可在62500個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳遞信息，并仍具備“例外報(bào)告”等傳遞形式，發(fā)揮了智能數(shù)據(jù)鏈傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)：模塊化結(jié)構(gòu)可以按照工藝過(guò)程來(lái)配置DCS，保證被控制對(duì)象的獨(dú)立性，完整性；,13,.,系統(tǒng)中最基本的電纜、端子單元、電源模塊，到最高層的控制模件、系統(tǒng)接口、通信網(wǎng)絡(luò)、都可以冗余配置，使系統(tǒng)具有高可靠性；系統(tǒng)分層劃分合理，控制與I0分開(kāi)的控制方式，提高了系統(tǒng)的可靠性；

7、有先進(jìn)而實(shí)用的工業(yè)控制算法，保留了積累 多年的200多種功能碼：系統(tǒng)設(shè)計(jì)組態(tài)方便，保留了SAMA圖等方式。,14,.,15,.,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)可靠，在中國(guó)電力方面用戶(hù)多達(dá)200多個(gè)，新系統(tǒng)和老系統(tǒng)兼容，這有利于以后的設(shè)備改造更新。圖形化組態(tài) ，方便于機(jī)組運(yùn)行中查找維護(hù)。 缺點(diǎn)：不能在軟件中進(jìn)行強(qiáng)制。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有大唐洛河電廠。,16,.,西門(mén)子Siemens,在全世界已有超過(guò)1500套DCS控制系統(tǒng)裝置，是成功的電力和I 過(guò)程控制級(jí)由一些過(guò)程控制站( H04-M/CX) 、數(shù)據(jù)采集站( H04-M/CX ) 和工程師站 (EWS) 構(gòu)成。,32,.,系統(tǒng)配置的主要特點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)

8、結(jié)構(gòu)突破早期系統(tǒng)多環(huán)結(jié)構(gòu)配置HIACS 25000M 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及前后臺(tái)間的通信方式與日立早期的DCS 系統(tǒng)相比有了很大的變化。由于通信速率與容量不斷擴(kuò)大,5000M系統(tǒng)突破日立早期系統(tǒng)多環(huán)結(jié)構(gòu)的配置, 首次將所有控制器及操作員站、歷史站連在一對(duì)100M的光環(huán)上, 從而消除了原來(lái)操作員站與控制器側(cè)可能的通信瓶頸。,33,.,DCS 與DEH 采用一體化的硬件配置機(jī)爐側(cè)的控制采用一體化配置, 減少了系統(tǒng)間的通信接口, 采用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù), 便于數(shù)據(jù)的共享, 系統(tǒng)的穩(wěn)定性也好; 對(duì)電廠的維護(hù)有利, 便于備品、備件等的統(tǒng)一。,34,.,人機(jī)接口采用PC 平臺(tái)及Windows NT系統(tǒng)由于高檔PC

9、機(jī)性能的提高, 大型機(jī)組前臺(tái)采用PC 平臺(tái)將是一種趨勢(shì), PC 平臺(tái)的操作較靈活方便, 對(duì)電廠管理信息等網(wǎng)絡(luò)的接入也很便捷。,35,.,組態(tài)工具,5000M 系統(tǒng)的邏輯組態(tài)采用了直觀的圖形組態(tài)方式, 提供了方便的邏輯生成、邏輯編譯、邏輯下載、邏輯在線(xiàn)監(jiān)視、邏輯組態(tài)備份等功能, 具備在線(xiàn)組態(tài)與下載的功能, 日立5000M 系列的邏輯組態(tài)工具的功能較前期版本有了很大的提高。數(shù)據(jù)庫(kù)、畫(huà)面、報(bào)表等的組態(tài)基于WINDOWS NT 平臺(tái), 使用了一些通用的工具,使用較為靈活, 如前臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用ACCESS 數(shù)據(jù)庫(kù), 報(bào)表工具采用EXCEL。比較而言, 前臺(tái)組態(tài)工具不如控制器邏輯組態(tài)工具優(yōu)秀, 組態(tài)集成度不

10、夠, 需要組態(tài)工程師定義的內(nèi)容過(guò)多。,36,.,37,.,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)界面友好，操作簡(jiǎn)單，漢化后的圖形化組態(tài)操作維護(hù)方便。 缺點(diǎn)：我們?cè)谡{(diào)試過(guò)程中HIACS-5000M 系統(tǒng)多次出現(xiàn)過(guò)操作員站死機(jī)現(xiàn)象，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有華潤(rùn)阜陽(yáng)電廠。,38,.,國(guó)內(nèi)DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀,近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)在原來(lái)DDC直接數(shù)字控制技術(shù)自行研發(fā)和工控機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在對(duì)國(guó)外DCS的工程應(yīng)用及技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，逐漸形成了獨(dú)立自主的DCS產(chǎn)業(yè)，特別是在大型火力發(fā)電廠中的應(yīng)用國(guó)產(chǎn)DCS 已取得了可喜的業(yè)績(jī)。其中大家熟悉的有新華、上自?xún)xMAXDNA 、國(guó)電智深、和利時(shí)、浙大中控和南京科遠(yuǎn)等。,39

11、,.,現(xiàn)在有600MW及以上火電廠業(yè)績(jī)的有國(guó)電智深、和利時(shí)、上海新華以及上自?xún)xMAXDNA，所以在這里介紹下其中幾家的系統(tǒng)。（新華沒(méi)有資料）,40,.,國(guó)電智深,國(guó)電智深在多年DCS應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDPFNT、EDPFNT+ 、 EDPFBA的EDPF系列產(chǎn)品。其中EDPFBA在傳統(tǒng)的DCS框架下進(jìn)一步融合PLC的特點(diǎn)?，F(xiàn)以火電廠應(yīng)用較廣的EDPFNT進(jìn)行闡述。,41,.,EDPFNT系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用100Mbps或1000Mbps交換式工業(yè)以太網(wǎng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形環(huán)形樹(shù)形，可實(shí)現(xiàn)多重化冗余。DCS為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，公用DCS為星形網(wǎng)絡(luò)，其之間通過(guò)專(zhuān)用網(wǎng)

12、絡(luò)路由器實(shí)現(xiàn)隔離。這樣可以保持網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)獨(dú)立，又可保證兩臺(tái)單元機(jī)組之間操作備用和操作互鎖。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷10，提高了通信的可靠性。,42,.,采用專(zhuān)用路由器公用系統(tǒng)方案的多廣播域技術(shù)，可達(dá)250個(gè)域250個(gè)站，做到不增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率。 控制器采用Pentium400MHzCPU，為獨(dú)有的模塊式設(shè)計(jì)，冗余配置，最快處理周期50ms，控制處理能力為999個(gè)控制頁(yè)。,43,.,各級(jí)供電電源采用冗余電源及配電裝置。 人機(jī)界面為全中文，畫(huà)面刷新時(shí)間1S。 操作響應(yīng)時(shí)間2s，畫(huà)面數(shù)據(jù)刷新時(shí)間05s。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)容量250X5120點(diǎn)，可做到不同控制器點(diǎn)名可重名。10萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)更新占CPU2的負(fù)荷以下，4萬(wàn)點(diǎn)檢索占C

13、PU8負(fù)荷以下。,44,.,控制算法做到跟蹤狀態(tài)、串級(jí)跟蹤、低選跟蹤、高選跟蹤、升禁止，降禁止，到達(dá)高限，到達(dá)低限等8種約束狀態(tài)的動(dòng)態(tài)判斷及在這些約束狀態(tài)下的快速返回，提高了控制回路的響應(yīng)速度，可滿(mǎn)足超臨界機(jī)組對(duì)控制快速性的要求。,45,.,EDPF-NT的DEH系統(tǒng)控制周期可小于10mS，系統(tǒng)控制精度高，智能型的伺服、功放功能合一的模塊，使系統(tǒng)簡(jiǎn)潔可靠，和整個(gè)DOS系統(tǒng)同在一個(gè)高速數(shù)據(jù)公路上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)上的一體化。 可靠性：可利用率9995，網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源、重要I0卡均可冗余。,46,.,47,.,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn):人機(jī)界面友好，在VISIO下進(jìn)行組態(tài)，方便簡(jiǎn)單，適合中國(guó)人習(xí)慣。硬件可靠，在

14、蚌埠電廠調(diào)試整個(gè)過(guò)程中基本沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)硬件問(wèn)題。 缺點(diǎn)：屬于新開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，很多細(xì)節(jié)需要完善，比如 ：功能塊功能不夠全面，歷史趨勢(shì)時(shí)間長(zhǎng)度不能精確調(diào)整等。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有國(guó)電蚌埠電廠。,48,.,上自?xún)xMAXDNA,上海自動(dòng)化儀表股份有限公司經(jīng)歷了100年的歷史積淀和16年的創(chuàng)新發(fā)展，成為國(guó)內(nèi)首家自動(dòng)化儀表行業(yè)的上市公司，而且成為上海電氣集團(tuán)的一部分。與國(guó)家核電共同組建了國(guó)核自?xún)x系統(tǒng)工程有限公司，逐步做到具備核電工程儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)集成、核電儀控設(shè)備成套供應(yīng)等的能力，并擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成較大規(guī)模批量化建設(shè)中國(guó)品牌核電站的能力。,49,.,大型火電站采用MAXDNA的DCS于2

15、007年5月完成湖北襄樊電廠2X600MW超臨界機(jī)組自控工程投入商業(yè)運(yùn)行，至此，躋身于國(guó)產(chǎn)DCS應(yīng)用于大型火電站的行列。08年省內(nèi)的國(guó)電銅陵電廠和大唐馬三廠的DCS系統(tǒng)均是MAXDNA.,50,.,上自?xún)xDCS產(chǎn)業(yè)起源于1991年，作為國(guó)家DCS產(chǎn)業(yè)的布點(diǎn)項(xiàng)目，在當(dāng)時(shí)的經(jīng)貿(mào)委、機(jī)械部、電力部的主導(dǎo)和推進(jìn)下，技術(shù)引進(jìn)美國(guó)利諾(LeedsNorthup)公司的MAXl000分散型控制系統(tǒng)及其工程技術(shù). 上自?xún)x開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SUPMAX500，SUPMAX800，爾后又完成SUPMA1000(升級(jí)為MAXDNA).,51,.,DEB(直接能量平衡)能夠最大限度地利用鍋爐的儲(chǔ)存能量，驅(qū)動(dòng)汽機(jī)

16、調(diào)解法，從而在最大變化率下獲得負(fù)荷需求的線(xiàn)性響應(yīng)，協(xié)調(diào)鍋爐和汽機(jī)運(yùn)行，提供限制和甩負(fù)荷動(dòng)作，確保發(fā)電機(jī)組的安全性，在設(shè)備受到限制或不能響應(yīng)時(shí)限制其變化率，仍繼續(xù)能保持機(jī)組的運(yùn)行。,52,.,53,.,優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)可靠，功能塊功能強(qiáng)大，可以很輕易的實(shí)現(xiàn)需要的功能。 缺點(diǎn)：填表式組態(tài)，界面不人性化，不利于正常生產(chǎn)運(yùn)行中的維護(hù)和操作。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有大唐田家庵電廠、國(guó)電銅陵電廠、大唐馬三電廠等。,54,.,和利時(shí),自90年代以來(lái)，歷經(jīng)了HSDCS。1000、HS，2000、MACS直至現(xiàn)今主推的HOLLIAS系統(tǒng)，在大型火電廠中主要使用HOLLASMACSS，有符合汽輪機(jī)控制要求

17、的HOLLlASDEH(汽輪機(jī)數(shù)字式電液控制系統(tǒng)) IETS(汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng))HOLLIASMACS構(gòu)成一體，滿(mǎn)足大型電廠控制和安全保護(hù)的要求。,55,.,在管控一體化方面，HOLLIAS具有MES功能，在開(kāi)放的實(shí)時(shí)/關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，有子系統(tǒng)模塊，可以滿(mǎn)足電站信息化的需求。,56,.,DCS分析比較的結(jié)論,上述綜述，可以看出國(guó)產(chǎn)DCS已經(jīng)達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。 反映水平的技術(shù)指標(biāo)具體是指網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件體系、軟件體系及系統(tǒng)容量、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)人機(jī)界面、系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)接口、系統(tǒng)控制功能、系統(tǒng)精確度、系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性、系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護(hù)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性等。,57,.,國(guó)產(chǎn)D

18、CS的性?xún)r(jià)比高，適合在300MW以下機(jī)組中選用，在600MW以上機(jī)組可逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍。國(guó)內(nèi)DCS企業(yè)對(duì)大型電廠的工程能力有待在實(shí)際工程鍛煉中進(jìn)一步提高。,58,.,DCS應(yīng)用中存在的問(wèn)題,選用國(guó)產(chǎn)DCS， 由于價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該在配置上非常充裕，但實(shí)際情況并非如此。大多數(shù)機(jī)組在完成改造后DCS的I/0 余量不夠，資源配置偏緊，DPU( Distributed Processing Unit，分散處理單元)和通訊負(fù)荷率偏高。這主要有兩個(gè)原因： DCS廠商在激烈的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中盡量減少配置降低成本。 設(shè)計(jì)過(guò)程中的變更，增加I/0點(diǎn)太多。 由于DCS各自有不同的特點(diǎn)，招標(biāo)文件不可能具體到對(duì)控制器的對(duì)數(shù)作出規(guī)定。,59,.,無(wú)論是國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口DCS，其硬件的可靠性均存在一些問(wèn)題，有些DCS在一段時(shí)間里模件損壞率較高，DPU故障頻繁，甚至導(dǎo)致機(jī)組MFT，總?cè)剂咸l)。對(duì)于DPU 和電源模件損壞，一般認(rèn)為是硬件故障。 但分析認(rèn)為：不能簡(jiǎn)單認(rèn)為是硬件質(zhì)量問(wèn)題， 如果