火電廠DCS系統(tǒng)介紹

火電廠DCS系統(tǒng)介紹現(xiàn)場儀表標準之戰(zhàn)結束，進入工程實踐階段，多種總線并存的局面已經(jīng)形成。FF基金會現(xiàn)場總線技術主動融入DCS系統(tǒng)中，或者稱：經(jīng)過互操作性認證的DCS系統(tǒng)是FF的主系統(tǒng)。目前已注冊的有11個公司的20個主控系統(tǒng)，涵蓋了世界上大局部DCS系統(tǒng)。這種理念已經(jīng)得到工程實踐的考驗，而且形成共識，國內外已有在電廠采用現(xiàn)場總線的工程業(yè)績。與信息技術(IT)融合。按照COTS(商業(yè)現(xiàn)貨技術commerCialoff—the-sheIf-Technology)的原那么，采用快速以太網(wǎng)技術(包括TCP／IP等)作為廠級系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡架構。系統(tǒng)功能平安技術在實際流程工業(yè)的自控工程中已成為不可或缺的一局部，平安儀表系統(tǒng)(SIS)和流程工業(yè)平安完整性等級(SIL)認證體系正在形成。SIS和DCS融合或兼容的趨勢也逐漸形成。EDDL設備描述語言和系統(tǒng)集成技術以及在此根底上形成的設備管理系統(tǒng)(AMS)已經(jīng)成為根底自動化不可分割的一局部，而且逐漸擴大資產管理范圍，包括設備信息平臺、智能設備管理系統(tǒng)、機械設備管理系統(tǒng)、性能檢測系統(tǒng)等。目前資產管理系統(tǒng)在世界上已應用了1000多套，全生命周期的企業(yè)資產管理和工程管理的理念正在形成。管控一體化和儀控、電控一體化正在統(tǒng)一構架下逐步實施，EPR／MES／PCS三層結構已形成共識，逐步實現(xiàn)根底自動化與企業(yè)信息管理的無縫集成。馬達控制中心(MCC)及企業(yè)用電的配電系統(tǒng)等在根底模塊智能化及采用現(xiàn)場總線技術的根底上逐步納入以溫度、壓力、流量等信號為主的儀控系統(tǒng)中?；痣姀S用DCS的特點大型火電廠用DCS除去上述趨勢共性外，還有它固有的個性：汽機、鍋爐等控制及平安要求復雜，燃料、水、灰等相關輔助設施龐大，產生的電能受電網(wǎng)調度要求高等，造成用于電廠的DCS應具有回路反響控制、順序控制、混合控制等復雜控制功能，具有驅動多種執(zhí)行機構的要求，完成復雜計算能力及先進控制(APC)功能。由于FSSS對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)組合來完成該項功能，所以SOE的帶有時間戳的開關量輸入設備及相關功能是必須具備的。在時間同步方面，除了DCS系統(tǒng)內時鐘同步方式，還有目前正興起的GPS衛(wèi)星時間同步方式。由于電廠的主要產品“電能〞的特殊性及電網(wǎng)調度和電業(yè)管理的要求，電廠已推行“火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)技術要求〞〔SIS〕，現(xiàn)在也根本上做到很好和DCS之間的銜接問題。國外DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀DCS系統(tǒng)進入21世紀，在通信和信息管理技術、集成電路技術的進步以及工藝設備大型化的影響下，在節(jié)能環(huán)保和提高生產效率的需求下，形成了新一代的DCS，或稱為第四代DCS。在電廠方面，我們重點介紹ABB、西門子、艾默生〔ovation〕FOXBORO和日立五家相關產品，這五家也是現(xiàn)在電廠DCS的主流廠家。ABBABB在“IndustrialIT〞的架構下，由ABB貝利Infi900pen形成的Symphony．系統(tǒng)根底上，進一步開發(fā)了800系列的新產品，推出IndustriallTSymphonv最新的DCS系統(tǒng)。其中，800XA系統(tǒng)通過了現(xiàn)場總線基金會的互可操作性測試(在擴大范圍的程序下的HIST測試)。800XA已有用于大型電廠的業(yè)績。ABB系統(tǒng)架構主要節(jié)點類型有現(xiàn)場控制單元(HCU)，人機系統(tǒng)接口操作站PGP(PowerGenerationPortal)，系統(tǒng)組態(tài)和維護工具(Composer)，計算機接口(ICI)，網(wǎng)絡接口單元(1IL)。網(wǎng)絡接口單元IIL提供了多個控制網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)交換能力：一個控制器模件可以控制上百個回路，監(jiān)視上千個過程變量控制層網(wǎng)絡以10mbps的速度可在62500個節(jié)點之間傳遞信息，并仍具備“例外報告〞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：模塊化結構可以按照工藝過程來配置DCS，保證被控制對象的獨立性，完整性；系統(tǒng)中最根本的電纜、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、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I／0分開的控制方式，提高了系統(tǒng)的可靠性；有先進而實用的工業(yè)控制算法，保存了積累多年的200多種功能碼：系統(tǒng)設計組態(tài)方便，保存了SAMA圖等方式。優(yōu)缺點優(yōu)點:系統(tǒng)可靠，在中國電力方面用戶多達200多個，新系統(tǒng)和老系統(tǒng)兼容，這有利于以后的設備改造更新。圖形化組態(tài)，方便于機組運行中查找維護。缺點：不能在軟件中進行強制。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有大唐洛河電廠。西門子在全世界已有超過1500套控制系統(tǒng)裝置，是成功的電力和I&C系統(tǒng)供給商。在我國電站中采用西門子的Teleperm系統(tǒng)較多。近年在“全集成自動化〞的架構下，西門子推出SPPA—T3000系統(tǒng)，已經(jīng)在國內電廠工程陸續(xù)使用?，F(xiàn)就SPPA—T3000系統(tǒng)作一介紹。SPPA—T3000基于優(yōu)秀的SIMATIC平臺；遵循全集成自動化理念，可完成過程工業(yè)領域的所有控制任務；通過PFOFIBUS實現(xiàn)真正的分散結構，易于與FF儀表的集成；非常靈活的可伸縮性，從小型，可控制100個I/O電的PCS7BOX，一直到控制100000點，基于客戶機/效勞器架構的大型系統(tǒng)。優(yōu)缺點優(yōu)點:系統(tǒng)可靠，在全世界有1500多套的控制設備；圖形化組態(tài)，方便查找和運行中維護。缺點：整個網(wǎng)絡以效勞器為架構根底〔以2臺效勞器冗余使用〕，所有的數(shù)據(jù)讀取都需要通過效勞器的來進行。所以效勞器需要定時清理內部軟件和外部設備清潔，否那么會造成系統(tǒng)變慢。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有國投宣城電廠。艾默生〔ovation〕Ovation是其前身西屋過程控制公司于1997年推出，是WDPF的更新?lián)Q代產品，在電廠獲得了廣泛的應用。目前600MW及以上新上機組，ovation占據(jù)的市場份額是最大的。ovation網(wǎng)絡是一個完全確定的實時數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。采用COST技術，網(wǎng)絡相關硬件極易在市場上購得，不使用特殊網(wǎng)關、接口、網(wǎng)橋，具有所有網(wǎng)絡的特性，如冗余、同步、確定和令牌傳輸，在與以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、令牌環(huán)或其他拓撲結構相連時，使用TCP／IP，可以構成局域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)的信息系統(tǒng)。ovation控制器支持FF，PRofibus-DP，DeviceNet三種現(xiàn)場總線標準，每個Ovation控制器最多支持24個網(wǎng)段(FFH1總線)，還可以采用以太網(wǎng)方式連接FF智能現(xiàn)場儀表。另有仿真控制器仿真I／O和先進控制器，后者支持多變量控制(MPC)等先進控制。相應軟件系統(tǒng)中，組態(tài)建立器(Builder)、控制建立器、圖形建立器、平安建立器、測點建立器，高效工具數(shù)據(jù)庫等構成一套高效工具，如平安建立器提供平安保護機制，可就地和遠程兩種平安保護，允許定義多個級別進入系統(tǒng)，可按用戶姓名或設備功能甚至逐點分別設置平安界面。優(yōu)缺點優(yōu)點：ovation組態(tài)完全是基于SAMA圖式的組態(tài)，方便查找維護，同時也方便操作。缺點：漢化程度不高。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有華電宿州電廠、華電蕪湖電廠、淮浙滬鳳臺電廠。英維思〔FOXBORO〕英維思公司主要成員Foxboro從1988年底推出第一套I／ASeries到2004年I／A已更新至V8．O版．新系統(tǒng)采用了Mesh控制網(wǎng)絡結構．具有很強的易伸縮性．通過以太網(wǎng)交換機的互聯(lián)，可運用線形、環(huán)形、星形或倒掛樹形等網(wǎng)絡技術連接各I／ASeries系統(tǒng)站(最多為1920個站)．支持基lEEE802．3標準的全雙工運行(100M／1Gb／s)。FoxboroA2自動化控制系統(tǒng)更適合于中小型裝置，采用以太網(wǎng)系統(tǒng)架構．符合lSO／OSl標準．傳輸速率最高為100Mb／s，通信介質為光纜或雙絞線，用于連FoxboroA2的控制站、工程師站、操作員站，也可與多種現(xiàn)場總線相連。模塊采用歐陸公司的2500系列和技術，人機界面采Wonderware產品和技術。優(yōu)缺點優(yōu)點：系統(tǒng)可靠，老版本ICC支持在線下裝〔指的是實際在線下裝過程中沒有出現(xiàn)過任何問題〕，功能塊功能強大，可以很輕易的實現(xiàn)需要的功能。缺點：填表式組態(tài)，界面不人性化，不利于正常生產運行中的維護和操作。對機房環(huán)境要求高，曾發(fā)生過操作員站集體死機現(xiàn)象。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有平圩電廠、華能巢湖電廠、皖能合肥電廠等。日立HIACS-5000M系統(tǒng)是日立公司最新推出的DCS控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)是兩級控制結構,即監(jiān)視控制級和過程控制級。監(jiān)視控制級包括操作員站(POC)、歷史數(shù)據(jù)站(HDS),打印站(PRS)等設備;過程控制級由一些過程控制站(H04-M/CX)、數(shù)據(jù)采集站(H04-M/CX)和工程師站(EWS)構成。

系統(tǒng)配置的主要特點

網(wǎng)絡結構突破早期系統(tǒng)多環(huán)結構配置HIACS25000M系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構及前后臺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大,5000M系統(tǒng)突破日立早期系統(tǒng)多環(huán)結構的配置,首次將所有控制器及操作員站、歷史站連在一對100M的光環(huán)上,從而消除了原來操作員站與控制器側可能的通信瓶頸。

DCS與DEH采用一體化的硬件配置機爐側的控制采用一體化配置,減少了系統(tǒng)間的通信接口,采用同一個數(shù)據(jù)庫,便于數(shù)據(jù)的共享,系統(tǒng)的穩(wěn)定性也好;對電廠的維護有利,便于備品、備件等的統(tǒng)一。

人機接口采用PC平臺及WindowsNT系統(tǒng)

由于高檔PC機性能的提高,大型機組前臺采用PC平臺將是一種趨勢,PC平臺的操作較靈活方便,對電廠管理信息等網(wǎng)絡的接入也很便捷。

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、邏輯在線監(jiān)視、邏輯組態(tài)備份等功能,具備在線組態(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、畫面、報表等的組態(tài)基于WINDOWSNT平臺,使用了一些通用的工具,使用較為靈活,如前臺數(shù)據(jù)庫采用ACCESS數(shù)據(jù)庫,報表工具采用EXCEL。比較而言,前臺組態(tài)工具不如控制器邏輯組態(tài)工具優(yōu)秀,組態(tài)集成度不夠,需要組態(tài)工程師定義的內容過多。

優(yōu)缺點優(yōu)點：系統(tǒng)界面友好，操作簡單，漢化后的圖形化組態(tài)操作維護方便。缺點：我們在調試過程中HIACS-5000M系統(tǒng)屢次出現(xiàn)過操作員站死機現(xiàn)象，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有華潤阜陽電廠。國內DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀近20年來，國內在原來DDC直接數(shù)字控制技術自行研發(fā)和工控機應用的根底上，在對國外DCS的工程應用及技術引進的根底上，逐漸形成了獨立自主的DCS產業(yè)，特別是在大型火力發(fā)電廠中的應用國產DCS已取得了可喜的業(yè)績。其中大家熟悉的有新華、上自儀MAXDNA、國電智深、和利時、浙大中控和南京科遠等?，F(xiàn)在有600MW及以上火電廠業(yè)績的有國電智深、和利時以及上自儀MAXDNA,所以在這里介紹下這三家的系統(tǒng)。國電智深國電智深——在多年DCS應用實踐經(jīng)驗的根底上，在技術引進的根底上，形成了具有自主知識產權的EDPF—NT、EDPF—NT+、EDPF—BA的EDPF系列產品。其中EDPF—BA在傳統(tǒng)的DCS框架下進一步融合PLC的特點?，F(xiàn)以火電廠應用較廣的EDPF—NT進行闡述。EDPF—NT系統(tǒng)網(wǎng)絡采用100Mbps或1000Mbps交換式工業(yè)以太網(wǎng)，拓撲結構為星形／環(huán)形／樹形，可實現(xiàn)多重化冗余。DCS為環(huán)形網(wǎng)絡，公用DCS為星形網(wǎng)絡，其之間通過專用網(wǎng)絡路由器實現(xiàn)隔離。這樣可以保持網(wǎng)絡的相對獨立，又可保證兩臺單元機組之間操作備用和操作互鎖。網(wǎng)絡負荷<10％，提高了通信的可靠性。采用專用路由器公用系統(tǒng)方案的多播送域技術，可達250個域×250個站，做到不增加網(wǎng)絡負荷率。控制器采用Pentium400MHzCPU，為獨有的模塊式設計，冗余配置，最快處理周期50ms，控制處理能力為999個控制頁。各級供電電源采用冗余電源及配電裝置。人機界面為全中文，畫面刷新時間<1S。操作響應時間<2s，畫面數(shù)據(jù)刷新時間<0．5s。實時數(shù)據(jù)庫容量250X5120點，可做到不同控制器點名可重名。10萬點數(shù)據(jù)更新占CPU2％的負荷以下，4萬點檢索占CPU8％負荷以下?？刂扑惴ㄗ龅礁櫊顟B(tài)、串級跟蹤、低選跟蹤、高選跟蹤、升禁止，降禁止，到達高限，到達低限等8種約束狀態(tài)的動態(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速度，可滿足超臨界機組對控制快速性的要求。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)簡潔可靠，和整個DOS系統(tǒng)同在一個高速數(shù)據(jù)公路上，實現(xiàn)系統(tǒng)級上的一體化?？煽啃裕嚎衫寐?gt;99．95％，網(wǎng)絡、控制器、電源、重要I／0卡均可冗余。優(yōu)缺點優(yōu)點:人機界面友好，在VISIO下進行組態(tài)，方便簡單，適合中國人習慣。硬件可靠，在蚌埠電廠調試整個過程中根本沒有出現(xiàn)過硬件問題。缺點：屬于新開發(fā)系統(tǒng)，很多細節(jié)需要完善，比方：功能塊功能不夠全面，歷史趨勢時間長度不能精確調整等。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有國電蚌埠電廠。上自儀MAXDNA上海自動化儀表股份經(jīng)歷了100年的歷史積淀和16年的創(chuàng)新開展，成為國內首家自動化儀表行業(yè)的上市公司，而且成為上海電氣集團的一局部。與國家核電共同組建了國核自儀系統(tǒng)工程，逐步做到具備核電工程儀控系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)集成、核電儀控設備成套供給等的能力，并擁有自主知識產權，形成較大規(guī)模批量化建設中國品牌核電站的能力。大型火電站采用MAXDNA的DCS于2007年5月完成湖北襄樊電廠2X600MW超臨界機組自控工程投入商業(yè)運行，至此，躋身于國產DCS應用于大型火電站的行列。08年省內的國電銅陵電廠和大唐馬三廠的DCS系統(tǒng)均是MAXDNA.上自儀DCS產業(yè)起源于1991年，作為國家DCS產業(yè)的布點工程，在當時的經(jīng)貿委、機械部、電力部的主導和推進下，技術引進美國利諾(Leeds＆Northup)公司的MAXl000分散型控制系統(tǒng)及其工程技術.上自儀開發(fā)了具有自主知識產權的SUPMAX500，SUPMAX800，此后又完成SUPMA×1000(升級為MAXDNA).DEB(直接能量平衡)能夠最大限度地利用鍋爐的儲存能量，驅動汽機調解法，從而在最大變化率下獲得負荷需求的線性響應，協(xié)調鍋爐和汽機運行，提供限制和甩負荷動作，確保發(fā)電機組的平安性，在設備受到限制或不能響應時限制其變化率，仍繼續(xù)能保持機組的運行。優(yōu)缺點優(yōu)點：系統(tǒng)可靠，功能塊功能強大，可以很輕易的實現(xiàn)需要的功能。缺點：填表式組態(tài)，界面不人性化，不利于正常生產運行中的維護和操作。PS:省內電廠使用該系統(tǒng)的有大唐田家庵電廠、國電銅陵電廠、大唐馬三電廠等。和利時自90年代以來，歷經(jīng)了HS—DCS。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HOLL【AS—MACS—S，有符合汽輪機控制要求的HOLLlASDEH(汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng))~[IETS(汽輪機緊急跳閘系統(tǒng))，~I]HOLLIAS—MACS構成一體，滿足大型電廠控制和平安保護的要求。在管控一體化方面，HOLLIAS具有MES功能，在開放的實時／關系數(shù)據(jù)庫根底上，有子系統(tǒng)模塊，可以滿足電站信息化的需求。DCS分析比較的結論

上述綜述，可以看出國產DCS已經(jīng)到達或接近國際先進水平。反映水平的技術指標具體是指網(wǎng)絡結構、硬件體系、軟件體系及系統(tǒng)容量、系統(tǒng)實時性、系統(tǒng)人機界面、系統(tǒng)現(xiàn)場接口、系統(tǒng)控制功能、系統(tǒng)精確度、系統(tǒng)靈活性和可擴展性、系統(tǒng)可靠性