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DCS系统在电厂中的选型应用

供稿:东方多多 2006/12/26 9:14:00

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  • 关键词: DCS控制系统 DCS选型
  • 摘要:DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称,它的意义在于“控制分散,管理集中”。但现阶段在我公司运行的几套DCS控制系统却存在较多问题,与选用DCS系统的初衷不附,这就提出了DCS控制系统选型的问题,以及在选型时怎样避免这些问题重复出现。

DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称,国内一般习惯称为集散控制系统。它的意义在于“控制分散,管理集中”。是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术,DCS控制系统设计的基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
一、 现阶段在我公司DCS控制系统存在的问题
1、故障未实现真正分散。现阶段我公司各电厂投入运行的DCS控制系统在结构上基本相同,都是由控制器、电源、I/O模件、通信模块、机架、通信网络及人机接口组成的,所不同的只是控制器、电源、通信网络、工程师站的冗余情况不同,I/O模件点数或通道数不同,机架所带模件数量不同而以。运行几年来由于某些故障(如通信中断)造成整个DCS系统崩溃而使主机被迫停运的情况时有发生。DCS系统的控制器所承担的控制任务无法象传统仪表控制系统哪样从地域上分散,因此无法使故障真正的分散。
2、未实现节约电缆的目的。由于DCS系统的设备器件比较娇贵,对环境的要求比较高,因此,DCS系统的主要设备一般都安置在条件比较好的电子室,大量的现场信号仍然需用电缆接到电子室。因此与传统的仪表控制系统相比,并没有节约多少电缆。
3、备品备件购置困难。由于DCS控制系统的模件都比较昴贵,不可能购买大量的备品备件,但同时由于电子产品的更新换代较快,往往在几年后适合的备品备件很难买到。
4、机组运行对DCS系统生产厂商的依赖增加。特别是一些国外的DCS产品,由于普遍存在技术人才不足,运行人员素质偏低的原因使DCS系统的应用不能尽如人意。对DCS系统生产厂商的依赖不但没减少反而有所增加,尤其在机组新建成投产期间,DCS生产厂家派往工地的专家服务似乎成了机组投产调试期间必不可少的。同时为了用好DCS系统需要培训的工程技术人员及培训所需费用也有所增加。
5、DCS系统控制功能不够完善。由于我公司大部分锅炉的炉型为烧煤泥和矸石的循环流化床锅炉,几乎每个电厂的DCS控制系统都没有实现燃烧的自动控制和调节。部分电厂的DCS系统由于选型的原因甚至连SOE、ETS等功能都无法实现。
6、公司各电厂所运行DCS控制系统生产厂家各不相同,使热工技术人员交流困难,且各电厂DCS系统的备品备件无法通用,提高了公司的运行成本。
二、 如何进行DCS系统选型
一个电厂工艺流程确定后,根据设计,控制系统被控对象也就被确定。哪如何选择DCS控制系统呢?
一个控制系统的规模主要由系统的输入输出点数确定的,其中包括连锁、特殊控制要求等所需的输入输出点数。因此我们首先要做的第一件事就是必须对所要进行控制的系统进行统计,弄清楚上述有关的内容:如有哪些重要的被控量(被控量一般是指哪些需要运行人员特别注意监视和通过人为干预或自动调节进行控制的量,如电厂中的主汽温度、主汽压力、汽包水位等)。信号类型有哪些,如模拟量输入信号AI(一般为4-20mA或1-5V的信号)、模拟量输出信号AO(一般为4-20mA的信号)、开关量输入信号DI、开关量输出信号DO、热电偶mV信号、热电阻信号等。每一种信号的数量有多少。有多少控制回路,如MCS、SCS、DEH及一般辅机逻辑控制回路等,电厂一定要有SOE、ETS、FSSS等监控要求。这些数据都可以通过设计资料来获得。与此同时还要注意的一点:就是是否根据电厂实际情况在控制上有特殊的要求等等。
完成以上的工作后就进入DCS控制系统的选型阶段。目前生产DCS控制系统的厂家比较多,国外的有美国的Honeywell公司、BALLEY公司、西屋公司,日本的横河公司、三菱公司,德国的西门子公司等等。国内的也有几家,做的比较好的有和利时,浙大中控、新华、北京航天等公司。但是不是每一套DCS控制系统都是通用的,都能完全满足用户的使用要求,DCS控制系统要根据实际情况来选型,选型时应注意以下几个问题:
1、考虑生产厂家的应用领域:从理论上来讲,DCS可以用与不同的工艺过程,但是DCS的制造厂家专长或应用领域是不同的。如Honeywell公司的TDC2000、TDC3000、TPS和PKS系统,横河CS1000、CS3000系统主要用于石化部门,因为这些控制系统的闭环控制回路比较多,模拟量控制也比较方便。模拟量和开关量控制是完全分开的,但要注意的是其在开关量的控制方面不如其他厂家的DCS方便。美国BAILEY公司的N90、INFI90系统,西屋公司的WDPFI、WDPFII、OVATION系统主要用于电力系统。这两个厂家的系统在模拟量和开关量结合方面较好。OVATION系统是新型软DCS系统,也是现在销售情况最好的系统之一。
2、考虑厂家的技术能力和技术力量: 现在国内很多做DCS的自动化公司是以代理国外知名DCS厂家产品的形式向用户提供控制系统的,其厂家技术人员的技术能力必须要考虑。如经常做化工控制系统的人员来做电厂的控制系统,他对锅炉和汽轮发电机组的控制就不太熟悉,做的工程就不会太好。因此这些因素在进行DCS控制系统选型时必须考虑。而国产DCS厂家由于大部分产品是针对国内企业的实际使用情况来开发的,且是自主开发,所以其技术人员对软件的安装、调试、联网和开发以及对现场也更熟悉。但是国产DCS发展时间不长,而对一些软件的测试条件又不够完善,在一些极特殊情况下,往往会出现较多问题,所以有时发生故障会有解释不清的情况。
考虑系统的兼容性建议每个厂的DCS控制系统只选择一个厂家的同一类品。
3、考虑经济性:应该从DCS本身价格和预计所创效益角度考虑。DCS有国产的和进口的,相同档次而言,进口的DCS控制系统其功能强一些,包括了一些先进的控制算法,如Smith预估、三维矩阵运算等。国产DCS价格相对于进口的要低很多,功能上也能满足用户的技术要求。从结构上来看,国外DCS的控制器各厂家差别不太远,只是控制器的预置算法稍有差别,控制器与I/O板的连接方式也有所不同。操作站区别较大,有以PC机为基础的,有以小型机为基础的,操作系统一般选用UNIX类系统。小型机的价格要比PC机高很多,进口小型机操作站的价格一般要高于四万美金。PC机的操作站不到三万美金,它的操作系统采用NT,其稳定性没有UNIX好。以NT操作系统作为操作站的,点数要少一些,不然会频繁死机。国产DCS要便宜得多,一般采用PC机操作站,可以采用最新的机型。监视软件有专用的也可以用通用的,通用的监视软件开放性要好一些(如FIX和IFIX等)。 国此用户应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。
DCS比较贵的原因,除了上述原因外,还有控制器的电源系统,通常采用冗余供电配置,电源的引入和散热是价格贵的主要原因,各个DCS系统在这方面差别比较大。把控制器和操作站联系起来的通讯网络也要考虑,如果采用通用的以太网,则网卡等价格很低,专用的网络接口很贵,最贵可以达到20000美金。
经济性与很多因素有关,有时厂家给你报价降下来,实际是改变了一些结构而已,并没有给你什么优惠,甚至他的利润还增加了。
4、考虑售后服务:选用国外厂家的DCS产品通常情况下配品、备件供应价格较高,且不能及时提供。因此DCS用户如选择国外厂家应尽量选择厂家实力雄厚的,技术力量强的、境内技术支持好的厂家。计算机技术发展很快,DCS厂家也会不断得更新它的产品,新旧产品的兼容性也是应该考虑的因素。个别厂家新旧系统软件、硬件都不兼容,这给以后系统的升级造成很大麻烦甚至给用户带来损失。国内的DCS厂家配品、备件供应相对比较及时,售后服务方面做的也比较好。
5、DCS的技术先进性:DCS的技术先进性是指系统采用了经过验证的最新技术,并有发展前途和生命力,包括DCS系统的开放和互联,现场总线的应用,第三方软件的支持等。这里要注意的是:有些厂家为了占领市场,会把一些不成熟的产品推销给用户,因此选择DCS控制系统应该对厂家提供的DCS产品进行详细的调研,包括系统软件、硬件的使用情况,产品投入市场的时间以及售后服务情况等。应该尽量选择那些新型的采用了经过验证的最新技术的有发展前途和生命力的产品。选择那些经济实力熊厚,用户好评的厂家的DCS产品。
6、在现有DCS控制系统的模式下,考虑安全性。在选型时就要考虑冗余设计、配置是否合理。如控制器、I/O卡件、通迅网络、服务器、电源等模件的冗余情况。这些都是很重要的因素,如果考虑的不够全面就会给将来系统的正常稳定运行带来隐患。
7、考虑控制系统的网络层次
90年代以后的DCS产品为把生产过程现场数据送到以太网,与MIS系统连接起来,增加了网关,从而增加了网络层次。这层网络只读取数据,不对系统进行控制。
新型系统的控制器能直接与以太网连接,网络层次比较少,系统价格也比较低。在作系统集成时,应选用接口比较多的控制器,如以太网口、Modbus协议、RS232C或RS485等,这样可使得控制器能与现场总线相连,或与不同厂家的PLC相连,使集成的系统功能强大。第三方能作二次开发。
8、考虑现场总线的应用:
现场总线是生产过程区域现场设备/仪表和控制室系统之间的一种串行、数字式的双向通信的数据总线,是一门新兴的技术,同时也是DCS控制系统今后主要的发展方向。这种技术不只是新颖,而且设计思想对生产自动化程度以及生产效率的提高都有益处。随着技术的不断完善和发展,现场总线技术己到实用阶段,因此在进行DCS系统选的时候,可以考虑使用总线技术的DCS控制系统。
现场总线应用的优点:
1)减少由于设备信号制不统一而出现的检修烦琐问题。
现有的DCS系统使用的信号并不是统一的标准,如AI(模拟量输入)、AO(模拟量输出)、DI(数字量输入)、DO(数字量输出)等不同的信号,给检修工作带来极大的不方便。而采用现场总线控制系统完全没有这种的因素存在,在数据线上以相同的形式传送数据,增强了数据的可信度。
2)减少维修工作量,提高工作效率。
现场总线和就地设备都是通过网络进行数据交换,从而达到控制的目的。人们在进行维修工作时对现场设备的检查完全可以在工程师站或操作员站得<

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