火電廠自動化與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)論文
摘要：隨著流程工業(yè)的經(jīng)濟總量在迅速增長，對流程工業(yè)的需求迅速增長。自動化儀表和系統(tǒng)逐步走向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。本文著重闡述了大型火電廠DCS系統(tǒng)應(yīng)用及相關(guān)的技術(shù)和理念。
關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng);大型火電廠;現(xiàn)場總線
經(jīng)濟全球化導(dǎo)致對流程工業(yè)的需求迅速增長。特別是隨著流程工業(yè)的經(jīng)濟總量迅速增長，對流程工業(yè)的需求更是呈爆發(fā)之勢。近年來，國內(nèi)在原來DDC直接數(shù)字控制技術(shù)自行研發(fā)和工控機應(yīng)用的基礎(chǔ)上，引進(jìn)國外DCS的工程應(yīng)用及技術(shù)，逐漸形成了我國獨立自主的DCS產(chǎn)業(yè)，特別是在大型火力發(fā)電廠中的應(yīng)用更是取得了可喜的業(yè)績。自動化儀表和系統(tǒng)也正走向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化。大中型流程工業(yè)中HART、FF、PROFUBUS-PA現(xiàn)場儀表和DCS的應(yīng)用比例更大。本文重點闡述大型火電廠應(yīng)用DCS中和自動化系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)和一些理念。
一、火電廠自動化的發(fā)展趨勢
(一)現(xiàn)場儀表標(biāo)準(zhǔn)之戰(zhàn)結(jié)束后，形成了多種總線并存的局面。按照商業(yè)現(xiàn)貨技術(shù)的原則，與信息技術(shù)融合，采用快速以太網(wǎng)技術(shù)(包括TCP/IP等)作為廠級系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同時，系統(tǒng)功能安全技術(shù)在實際流程工業(yè)的自控工程中已不可或缺，安全儀表系統(tǒng)(SIS)和流程工業(yè)安全完整性等級(SIL)認(rèn)證體系也正在形成。SIS和DCS融合或兼容的趨勢也逐漸形成。
(二)基礎(chǔ)自動化不可分割的一部分就是EDDL設(shè)備描述語言和系統(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)，而且逐漸擴大了包括智能設(shè)備管理系統(tǒng)、設(shè)備信息平臺、機械設(shè)備管理系統(tǒng)、性能檢測系統(tǒng)等資產(chǎn)管理范圍。目前，在世界上資產(chǎn)管理系統(tǒng)正在形成全生命周期的企業(yè)資產(chǎn)管理和工程管理的理念。
(三)在統(tǒng)一構(gòu)架下逐步實施了管控一體化和儀控、電控一體化，EPR/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)已形成共識，逐步實現(xiàn)基礎(chǔ)自動化與企業(yè)信息管理的無縫集成。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)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步納入以溫度、壓力、流量等信號為主的儀控系統(tǒng)中。
二、大型火電廠在利用DCS上有其固有個性
首先，對汽機、鍋爐等的控制及安全要比較求復(fù)雜，燃料、水、灰等相關(guān)的輔助設(shè)施也比較龐大，產(chǎn)生的電能受電網(wǎng)調(diào)度要求高等，因監(jiān)，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)動多種執(zhí)行機構(gòu)的要求，完成復(fù)雜計算能力及先進(jìn)控制(APC)功能。還必須具備帶有時間戳的開關(guān)量輸入設(shè)備及相關(guān)功能。在時間同步方面，除了DCS系統(tǒng)內(nèi)時鐘同步方式，還要有GPS衛(wèi)星時間同步方式。
然后，根據(jù)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，電廠監(jiān)控信息管理系統(tǒng)SIS的管控一體化應(yīng)進(jìn)一步與DCS銜接。DCS應(yīng)適應(yīng)電廠機電設(shè)備多，廠用電管理十分重要的要求，在I/O硬件及掃描周期、人機界面及增大系統(tǒng)容景等方面擴大功能，加速儀控、電控一體化的進(jìn)程。
三、國內(nèi)DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀
近年來，國內(nèi)在原來DDC直接數(shù)字控制技術(shù)自行研發(fā)和工控機應(yīng)用的基礎(chǔ)上，引進(jìn)國外DCS的工程應(yīng)用及技術(shù)，逐漸形成了我國獨立自主的DCS產(chǎn)業(yè)，特別是在大型火力發(fā)電廠中的應(yīng)用國電智深、和利時、上自儀三家更是取得了可喜的業(yè)績。
(一)國電智深——在多年DCS應(yīng)用實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在技術(shù)引進(jìn)的基礎(chǔ)上，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)EDPF系列產(chǎn)品。其中EDPF-NT在火電廠應(yīng)用較廣。
(二)和利時：現(xiàn)今主推HOLLIAS系統(tǒng)，在大型火電廠中主要使用HOLLIAS-MACS-S。有符合汽輪機控制要求的HOLLIAS DEH和ETS，和HOLLIAS-MACS構(gòu)成一體。在管控一體化方面，MES功能，在開放的實時/關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，有子系統(tǒng)模塊，可以滿足電站信息化的需求。
(三)上自儀：上海自動化儀表股份有限公司為國內(nèi)首家自動化儀表行業(yè)的上市公司，屬上海電氣集團的一部分。與國家核電共同組建了國核自儀系統(tǒng)工程有限公司，逐步具備了核電工程儀控系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)集成、核電儀控設(shè)備成套供應(yīng)等的能力，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成較大規(guī)模批量化建設(shè)中國品牌核電站的能力。上自儀組建火電廠I&C的工程公司是有一定基礎(chǔ)。
四、國外DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀
進(jìn)入21世紀(jì)，受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，形成了新一代的DCS，或稱為第四代DCS。國外DCS尤以ABB、西門子和艾默生三家在電廠方面比較成功。
(一)ABB由ABB貝利Infi 90 0pen形成的Symphony系統(tǒng)基礎(chǔ)上控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，進(jìn)一步開發(fā)了800系列的新產(chǎn)品，推出IndustrialITSymphony最新的DCS系統(tǒng)。ABB貝利在中國電力方面用戶多達(dá)200多個，新系統(tǒng)和老系統(tǒng)兼容。
(二)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)供應(yīng)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(gòu)下，西門子推出SPPA-T3000系統(tǒng)，已經(jīng)在國內(nèi)電廠項目陸續(xù)使用。
(蘭)艾默生——在并購基礎(chǔ)上形成的艾默生過程控制公用事業(yè)部發(fā)表了"FlantWeb數(shù)字化工廠管控網(wǎng)”，它涵蓋了DeltaV和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(chǎn)品，在電廠獲得了廣泛的'應(yīng)用。Ovation歷史站具有高速、高效和高度靈活的特點，過程數(shù)據(jù)可以以O(shè).l秒或1秒的時間間隔掃描和存儲，可存20000個實時過程數(shù)據(jù)點;基本歷史站軟件包可將收集到的數(shù)據(jù)歸檔到光盤內(nèi)，以便長期存儲;通過模擬量數(shù)據(jù)壓縮模塊，可優(yōu)化存儲內(nèi)存;可完成SOE列表，并搜尋列表后首發(fā)事件。
五、DCS分析比較的結(jié)論
通過上面的綜述，可以看出，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)實時性、系統(tǒng)人機界面、系統(tǒng)現(xiàn)場借口、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、可用性、可維護(hù)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性等。如何進(jìn)一步科學(xué)地評比這些指標(biāo)，是當(dāng)今制造業(yè)的任務(wù)。
國產(chǎn)DCS的性價比高，適合在300MW以下機組中選用，在600MW以上機組可逐步擴大應(yīng)用范圍。國內(nèi)DCS企業(yè)對大型電廠的工程能力有待在實際工程鍛煉中進(jìn)一步提高。國內(nèi)DCS企業(yè)應(yīng)加強研發(fā)力量，在DCS中盡快解決與FF、Profibus-PA等現(xiàn)場總線儀表連接的工程實踐，EDDL設(shè)備描述語言技術(shù)，可互操作性技術(shù)的應(yīng)用等專項技術(shù)。加強管控一體化，電控、儀控一體化的應(yīng)用技術(shù)的工程實踐，特別是加強”資產(chǎn)管理”專項技術(shù)的實踐。加強功能安全技術(shù)的研究。在引進(jìn)國外特大型機組DCS應(yīng)用工程中，把國內(nèi)制造廠作為最終用戶的伙伴，參加進(jìn)去，從中吸取國外先進(jìn)技術(shù)和工程管理經(jīng)驗，并為最終用戶在該機組的運行、維護(hù)保駕護(hù)航。
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