火电厂几种主流DCS系统介绍

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1、火电厂几种主流DCS系 统介绍DCS系统概述l 现场仪表标准之战结束，进入工程实践阶段，多 种总线并存的局面已经形成。FF基金会现场总线 技术主动融入DCS系统中，或者称：经过互操作 性认证的DCS系统是FF的主系统。目前已注册的 有11个公司的20个主控系统，涵盖了世界上大部 分DCS系统。这种理念已经得到工程实践的考验，而且形成共识，国内外已有在电厂采用现场总线的工程业绩。l与信息技术(IT)融合。按照COTS(商业现货 技术Commercial Off The Shelf technology) 的原则，采用快速以太网技术(包括TCP IP等)作为厂级系统的主要网络架构。l系统功能安全技

2、术在实际流程工业的自控 工程中已成为不可或缺的一部分，安全 仪表系统(SIS)和流程工业安全完整性等级 (SIL)认证体系正在形成。SIS和DCS融合或 兼容的趋势也逐渐形成。lEDDL设备描述语言和系统集成技术以及在 此基础上形成的设备管理系统(AMS)已经成 为基础自动化不可分割的一部分，而且逐 渐扩大资产管理范围，包括设备信息平台 、智能设备管理系统、机械设备管理系统 、性能检测系统等。目前资产管理系统在 世界上已应用了1000多套，全生命周期的 企业资产管理和工程管理的理念正在形成 。l管控一体化和仪控、电控一体化正在统一 构架下逐步实施，ERPMESPCS三层 结构已形成共识，逐步实

3、现基础自动化与 企业信息管理的无缝集成。马达控制中心 (MCC)及企业用电的配电系统等在基础模块 智能化及采用现场总线技术的基础上逐步 纳入以温度、压力、流量等信号为主的仪 控系统中。火电厂用DCS的特点l大型火电厂用DCS除去上述趋势共性外， 还有它固有的个性：汽机、锅炉等控制及 安全要求复杂，燃料、水、灰等相关辅助 设施庞大，产生的电能受电网调度要求高 等，造成用于电厂的DCS应具有回路反馈 控制、顺序控制、混合控制等复杂控制功 能，具有驱动多种执行机构的要求，完成 复杂计算能力及先进控制(APC)功能。l由于FSSS对作为事件顺序的操作记录的要 求很高，而且可能是多系统组合来完成该 项功

4、能，所以SOE的带有时间戳的开关量 输入设备及相关功能是必须具备的。在时 间同步方面，除了DCS系统内时钟同步方 式，还有目前正兴起的GPS卫星时间同步 方式。l由于电厂的主要产品“电能”的特殊性及电网 调度和电业管理的要求，电厂已推行“火力 发电厂厂级监控信息系统技术要求”（SIS） ，现在也基本上做到很好和DCS之间的衔 接问题。国外DCS系统现状lDCS系统进入21世纪，在通信和信息管理 技术、集成电路技术的进步以及工艺设备 大型化的影响下，在节能环保和提高生产 效率的需求下，形成了新一代的DCS，或 称为第四代DCS。在电厂方面，我们重点 介绍ABB、西门子Siemens（T3000）

5、、艾 默生（Ovation）FOXBORO和日立Hitachi 五家相关产品，这五家也是现在电厂DCS 的主流厂家。ABBlABB在“Industrial IT”的架构下，由ABB贝利 Infi90 open形成的Symphony系统基础上 ，进一步开发了800系列的新产品，推出 Industrial lT Symphony最新的DCS系统。 l其中，800 XA系统通过了现场总线基金会 的互可操作性测试(在扩大范围的程序下的 HIST测试)。800XA已有用于大型电厂的业 绩。ABB系统架构l 主要节点类型有现场控制单元(HCU)，人机系统 接口操作站PGP (Power Generatio

6、n Portal)，系 统组态和维护工具(Composer)，计算机接口(ICI) ，网络接口单元(1IL)。网络接口单元IIL提供了多 个控制网络间数据交换能力：一个控制器模件可 以控制上百个回路，监视上千个过程变量控制层 网络以10mbps的速度可在62500个节点之间传递 信息，并仍具备“例外报告”等传递形式，发挥了 智能数据链传输数据的优势：模块化结构可以按 照工艺过程来配置DCS，保证被控制对象的独立 性，完整性；l系统中最基本的电缆、端子单元、电源模 块，到最高层的控制模件、系统接口、通 信网络、都可以冗余配置，使系统具有高 可靠性；系统分层划分合理，控制与I0分 开的控制方式，提

7、高了系统的可靠性；有 先进而实用的工业控制算法，保留了积累多年的200多种功能码：系统设计组态方便 ，保留了SAMA图等方式。优缺点l优点:系统可靠，在中国电力方面用户多达 200多个，新系统和老系统兼容，这有利于 以后的设备改造更新。图形化组态 ，方便 于机组运行中查找维护。 l缺点：不能在软件中进行强制。 PS:省内电厂使用该系统的有大唐洛河电厂。西门子Siemensl在全世界已有超过1500套DCS控制系统装 置，是成功的电力和I 过程控制级由一些过 程控制站( H04-M/CX) 、数据采集站( H04- M/CX ) 和工程师站 (EWS) 构成。系统配置的主要特点l 网络结构突破早

8、期系统多环结构配置HIACS 25000M 系统的网络结构及前后台间的通信方式 与日立早期的DCS 系统相比有了很大的变化。由 于通信速率与容量不断扩大,5000M系统突破日立 早期系统多环结构的配置, 首次将所有控制器及操 作员站、历史站连在一对100M的光环上, 从而消 除了原来操作员站与控制器侧可能的通信瓶颈。lDCS 与DEH 采用一体化的硬件配置机炉侧 的控制采用一体化配置, 减少了系统间的通 信接口, 采用同一个数据库, 便于数据的共 享, 系统的稳定性也好; 对电厂的维护有利, 便于备品、备件等的统一。l人机接口采用PC 平台及Windows NT系统 由于高档PC 机性能的提高

9、, 大型机组前台 采用PC 平台将是一种趋势, PC 平台的操作 较灵活方便, 对电厂管理信息等网络的接入 也很便捷。组态工具l 5000M 系统的逻辑组态采用了直观的图形组态方 式, 提供了方便的逻辑生成、逻辑编译、逻辑下载 、逻辑在线监视、逻辑组态备份等功能, 具备在线 组态与下载的功能, 日立5000M 系列的逻辑组态 工具的功能较前期版本有了很大的提高。数据库 、画面、报表等的组态基于WINDOWS NT 平台, 使用了一些通用的工具,使用较为灵活, 如前台数 据库采用ACCESS 数据库, 报表工具采用EXCEL 。比较而言, 前台组态工具不如控制器逻辑组态工 具优秀, 组态集成度不

10、够, 需要组态工程师定义的 内容过多。优缺点l优点：系统界面友好，操作简单，汉化后 的图形化组态操作维护方便。 l缺点：我们在调试过程中HIACS-5000M 系 统多次出现过操作员站死机现象，系统不 够稳定。 lPS:省内电厂使用该系统的有华润阜阳电厂 。国内DCS系统现状l近20年来，国内在原来DDC直接数字控制 技术自行研发和工控机应用的基础上，在 对国外DCS的工程应用及技术引进的基础 上，逐渐形成了独立自主的DCS产业，特 别是在大型火力发电厂中的应用国产DCS已取得了可喜的业绩。其中大家熟悉的有 新华、上自仪MAXDNA 、国电智深、和利 时、浙大中控和南京科远等。l现在有600M

11、W及以上火电厂业绩的有国电 智深、和利时、上海新华以及上自仪 MAXDNA，所以在这里介绍下其中几家的 系统。（新华没有资料）国电智深l国电智深在多年DCS应用实践经验的 基础上，在技术引进的基础上，形成了具 有自主知识产权的EDPFNT、EDPF NT+ 、 EDPFBA的EDPF系列产品。其 中EDPFBA在传统的DCS框架下进一步 融合PLC的特点。现以火电厂应用较广的 EDPFNT进行阐述。lEDPFNT系统网络采用100Mbps或 1000Mbps交换式工业以太网，拓扑结构为 星形环形树形，可实现多重化冗余。 DCS为环形网络，公用DCS为星形网络， 其之间通过专用网络路由器实现隔离

12、。这 样可以保持网络的相对独立，又可保证两 台单元机组之间操作备用和操作互锁。网 络负荷9995，网络、控制 器、电源、重要I0卡均可冗余。优缺点l优点:人机界面友好，在VISIO下进行组态， 方便简单，适合中国人习惯。硬件可靠， 在蚌埠电厂调试整个过程中基本没有出现 过硬件问题。 l缺点：属于新开发系统，很多细节需要完 善，比如 ：功能块功能不够全面，历史趋 势时间长度不能精确调整等。 lPS:省内电厂使用该系统的有国电蚌埠电厂 。上自仪MAXDNAl上海自动化仪表股份有限公司经历了100年 的历史积淀和16年的创新发展，成为国内 首家自动化仪表行业的上市公司，而且成 为上海电气集团的一部分

13、。与国家核电共 同组建了国核自仪系统工程有限公司，逐 步做到具备核电工程仪控系统设计、控制 系统集成、核电仪控设备成套供应等的能 力，并拥有自主知识产权，形成较大规模 批量化建设中国品牌核电站的能力。l大型火电站采用MAXDNA的DCS于2007年 5月完成湖北襄樊电厂2X600MW超临界机 组自控工程投入商业运行，至此，跻身于 国产DCS应用于大型火电站的行列。08年 省内的国电铜陵电厂和大唐马三厂的DCS 系统均是MAXDNA.l上自仪DCS产业起源于1991年，作为国家 DCS产业的布点项目，在当时的经贸委、 机械部、电力部的主导和推进下，技术引 进美国利诺(LeedsNorthup)公

14、司的 MAXl000分散型控制系统及其工程技术. l上自仪开发了具有自主知识产权的 SUPMAX500，SUPMAX800，尔后又完成 SUPMA1000(升级为MAXDNA).lDEB(直接能量平衡)能够最大限度地利用锅 炉的储存能量，驱动汽机调解法，从而在 最大变化率下获得负荷需求的线性响应， 协调锅炉和汽机运行，提供限制和甩负荷 动作，确保发电机组的安全性，在设备受 到限制或不能响应时限制其变化率，仍继 续能保持机组的运行。优缺点l优点：系统可靠，功能块功能强大，可以 很轻易的实现需要的功能。 l缺点：填表式组态，界面不人性化，不利 于正常生产运行中的维护和操作。 lPS:省内电厂使用该

15、系统的有大唐田家庵电 厂、国电铜陵电厂、大唐马三电厂等。和利时l自90年代以来，历经了HSDCS。1000、 HS，2000、MACS直至现今主推的 HOLLIAS系统，在大型火电厂中主要使用 HOLLASMACSS，有符合汽轮机控制 要求的HOLLlASDEH(汽轮机数字式电液控 制系统) IETS(汽轮机紧急跳闸系统 )HOLLIASMACS构成一体，满足大型电 厂控制和安全保护的要求。l在管控一体化方面，HOLLIAS具有MES功 能，在开放的实时/关系数据库基础上，有 子系统模块，可以满足电站信息化的需求 。DCS分析比较的结论l上述综述，可以看出国产DCS已经达到或 接近国际先进水平

16、。 l反映水平的技术指标具体是指网络结构、 硬件体系、软件体系及系统容量、系统实 时性、系统人机界面、系统现场接口、系 统控制功能、系统精确度、系统灵活性和 可扩展性、系统可靠性、可用性、可维护 性、系统稳定性和系统安全性等。l国产DCS的性价比高，适合在300MW以下 机组中选用，在600MW以上机组可逐步扩 大应用范围。国内DCS企业对大型电厂的 工程能力有待在实际工程锻炼中进一步提 高。DCS应用中存在的问题l 选用国产DCS， 由于价格上的优势，应该在配置 上非常充裕，但实际情况并非如此。大多数机组 在完成改造后DCS的I/0 余量不够，资源配置偏紧 ，DPU( Distributed Processing Unit，分散处理 单元)和通讯负荷率偏高。这主要有两个原因： l DCS厂商在激烈的商业竞争中尽量减少配置降低 成本。 l 设计过程中的变更，增加I/0点太多。 l 由于DCS各自有不同的特点，招标文件不可能具 体到对控制器的对数作出规定。l 无论是国产还是进口DCS，其硬件的可靠性均存 在一些问题，有些DCS在一