國(guó)內(nèi)外電站DCS控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

1、國(guó)內(nèi)外電站DCS系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展文/梁昌鑫潘軼華平帆摘要:本文主要介紹了國(guó)內(nèi)外電站DCS控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r、各品牌DCS的系統(tǒng)架構(gòu)和在中國(guó)的市場(chǎng)份額,并且參照三菱重工等跨國(guó)企業(yè)集團(tuán)的發(fā)展模式闡述了國(guó)內(nèi)大型電站設(shè)備制造商發(fā)展自己獨(dú)立控制系統(tǒng)的必要性和可行性。一、概述國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和其它行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步迫切要求信息化在工業(yè)方面得到廣泛的應(yīng)用,特別是需要新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),因此工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)得以很快發(fā)展,利用工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高自動(dòng)化、智能化、信息化水平,增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力,是一項(xiàng)非常迫切的任務(wù)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展,綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的水平在不斷提高;從單機(jī)控制發(fā)展到

2、分布式控制系統(tǒng)(DCS,隨著可編程控制器(PLC性能不斷完善,在DCS中得到了廣泛的應(yīng)用。近期又發(fā)展了新的全開放、全分散、可操作的系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS,已開始應(yīng)用于DCS的過程控制層。我們?yōu)榱俗屍髽I(yè)更快了解國(guó)內(nèi)外最新的分布式控制系統(tǒng)、產(chǎn)品和發(fā)展趨勢(shì),以便企業(yè)更好地去應(yīng)用分布式控制系統(tǒng),提高企業(yè)信息化水平,增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。DCS盡管各有特色,其結(jié)構(gòu)卻大同小異,如圖1所示,從下到上分為過程控制層、過程監(jiān)控層、生產(chǎn)管理層和決策管理層。 圖1通過DCS在企業(yè)的應(yīng)用,使資源能充分利用,能耗大大下降,生產(chǎn)效率大大提高,從而使企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有大大提升,也就達(dá)到了信息化帶動(dòng)工業(yè)化的目的。隨著企業(yè)大量

3、的廣泛應(yīng)用DCS,也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化促進(jìn)信息化的發(fā)展。世界各國(guó)主要制造商已將DCS形成功能齊全、配置靈活的系列產(chǎn)品。分析各制造商其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能可歸納以下五個(gè)特點(diǎn):(1硬件積木化(2軟件模塊化(3控制組態(tài)化(4通信網(wǎng)絡(luò)化(5高可靠性二、市場(chǎng)預(yù)測(cè)國(guó)際著名ARC咨詢機(jī)構(gòu)于2003年發(fā)布了世界DCS市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告。該報(bào)告預(yù)測(cè)世界DCS市場(chǎng)從2002年至2007年將保持年增長(zhǎng)率2.5%,市場(chǎng)銷售額從2003年的91億美元將增長(zhǎng)到2007年的103億美元。世界DCS的增長(zhǎng)速度之所以不高,主要原因是美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度減慢所造成。ARC咨詢機(jī)構(gòu)又在一篇題為“分布式控制系統(tǒng)在中國(guó)的前景”的研究報(bào)告中指出,

4、2003年,中國(guó)DCS市場(chǎng)的規(guī)模為45億元,到2008年將增加到90億元,如圖2所示。也就是說中國(guó)DCS市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將維持在15.1%。 圖2又據(jù)國(guó)內(nèi)調(diào)查機(jī)構(gòu)的報(bào)告,到2001年電站應(yīng)用DCS的數(shù)量已經(jīng)超過石化和化工成為DCS最大的用戶,每年占據(jù)這個(gè)市場(chǎng)總額的34.9%(不含核電和熱電系統(tǒng),如圖3所示。由于DCS作為與電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合最緊密的系統(tǒng),他的生命周期取決于電子設(shè)備的制造壽命和信息技術(shù)的發(fā)展速度,目前在運(yùn)行的電站DCS設(shè)備平均壽命為6-8年,而電站設(shè)備平均設(shè)計(jì)壽命為30-40年,由此判斷這個(gè)市場(chǎng)僅更新改造一項(xiàng)就有著廣闊的發(fā)展空間。 圖3隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國(guó)家在新建項(xiàng)目和舊廠

5、改造方面投入了大量資金,形成了較大的市場(chǎng),因此全球的DCS廠商幾乎都來到中國(guó),加速了這個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。ARC同時(shí)指出,在中國(guó),DCS在能源方面的應(yīng)用將繼續(xù)占很大比重,DCS廠商在中國(guó)的商機(jī)在增加。然而目前他們也面臨許多挑戰(zhàn),全球的DCS廠商首先面臨中國(guó)廠商的競(jìng)爭(zhēng)。為了降低成本,這些國(guó)外廠商帶來了開放的標(biāo)準(zhǔn)體系以及通用的控制器件,這使得國(guó)內(nèi)的DCS廠商能夠跳過控制技術(shù)的發(fā)展初期階段,直接采用成熟的和開放的技術(shù),通過本地化、專業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化以更強(qiáng)的服務(wù)能力、更有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格參與到DCS的競(jìng)爭(zhēng)之中。盡管目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外廠商針對(duì)的DCS市場(chǎng)界線還比較分明,但這并不是絕對(duì)的,隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)的發(fā)展、人才的培養(yǎng)、經(jīng)

6、驗(yàn)的積累這個(gè)界線勢(shì)必然變得模糊和淡化,國(guó)內(nèi)廠家在DCS領(lǐng)域的潛質(zhì)將進(jìn)一步得到發(fā)揮。正是國(guó)內(nèi)這種需求和對(duì)DCS設(shè)備更加專業(yè)化的分工,使國(guó)內(nèi)廠商感到有信心也有能力開拓這個(gè)領(lǐng)域。三、國(guó)內(nèi)外主要制造商目前世界上主要制造商有Foxboro(美、SIEMENS(德、ABB(瑞士、Emerson(美、HITACH(日、LEEDS & NORTHRMP(美、Honewell(美、Hartmann & Braun(德、Yokogawa(日、等。在國(guó)內(nèi)DCS廠家中,最大的供貨商依次為:浙大中控、合利時(shí)、上海新華、上儀、四聯(lián)、威盛等。在應(yīng)用DCS的過程中,我國(guó)科研技術(shù)人員在消化吸收國(guó)外技術(shù)的同時(shí),自

7、主創(chuàng)新我國(guó)自己的DCS,經(jīng)過多年努力,他們都已經(jīng)取得可喜的成果,如新華控制工程公司的XDPS-400、北京和利時(shí)的FOCS和國(guó)電智深公司的EDPF-NT,華能信息產(chǎn)業(yè)公司的PINECONTROL,都已在多個(gè)電廠試驗(yàn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上,經(jīng)過改造提高后、達(dá)到或接近國(guó)外廠家同類的DCS水平,并已在200、300WM機(jī)組改造或新建工程中得到廣泛應(yīng)用,受到電廠的歡迎和好評(píng),且其價(jià)格低于國(guó)外成套進(jìn)口的設(shè)備。四、DCS的發(fā)展隨著信息技術(shù)的發(fā)展,DCS的應(yīng)用也越來越廣泛,企業(yè)對(duì)DCS提出了許多新的要求,為此世界各國(guó)DCS廠商紛紛加強(qiáng)開發(fā)研究DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平。近期,Foxboro公司的I/A Series系統(tǒng),如

8、圖4所示、ABB公司的 Industrial IT 系統(tǒng),如圖5所示、Honeywell 公司最新推出的Experion PKS(過程知識(shí)系統(tǒng)、Siemens公司的PCS7系統(tǒng),如圖6所示、Emerson 公司的PlantWeb (Emerson Process Management這標(biāo)志著新一代DCS 已經(jīng)形成,也就是第四代DCS。 圖4 (點(diǎn)擊看大圖 圖5 圖6最近我們分析了日本三菱重工株式會(huì)社DCS發(fā)展的歷史。三菱重工電站設(shè)備配套DCS開發(fā)的歷史,如圖7所示。 圖7三菱重工是在對(duì)電站設(shè)備工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)趨于成熟后才進(jìn)入控制領(lǐng)域的。從它的發(fā)展歷程可以看出,他最初也是集成美國(guó)Baile

9、y公司的820系統(tǒng)和L&N的控制系統(tǒng),自1975年開始研制自己的電站DCS設(shè)備,開發(fā)歷盡20多年,目前已經(jīng)是第五代產(chǎn)品。從圖 8 中我們可以知道，三菱重工的已生產(chǎn)了 2351 套 DCS 系統(tǒng)。 圖8 在三菱重工電站 DCS 研發(fā)過程中，回避了三菱重工硬件設(shè)備產(chǎn)能不足和開發(fā)成本過高的缺陷，抓住核心的控制軟件 技術(shù)和自身工藝設(shè)備制造商的優(yōu)勢(shì)，以提高整體設(shè)備運(yùn)行的可靠性和協(xié)調(diào)性為出發(fā)點(diǎn)，大量采用開放技術(shù)和第三方 可靠硬件，將它們按照自己的 DCS 設(shè)備需求來設(shè)計(jì)，有機(jī)的組合在一起，并且開發(fā)了具有針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、測(cè)量 設(shè)備和專用安全防護(hù)設(shè)備，從而有效的提高了控制安全等級(jí)和控制精度。在圖 8

10、 中，我們可以看到貫穿始終的是 DIASYS IDOL 組態(tài)語言，而變化的則是隨著電子工業(yè)進(jìn)步，不斷升級(jí)和發(fā)展的計(jì)算機(jī)設(shè)備、控制方式、針對(duì)客戶需 求調(diào)整的控制策略。 圖 9 是三菱重工 DIASYS NETMATION 的基本架構(gòu)，簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)配置、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通訊、強(qiáng)大的處理能力和豐富的軟 件功能是這套系統(tǒng)最大的特點(diǎn)。 圖9 開放性還體現(xiàn)在不同的層面，例如：DIASYS 的組態(tài)軟件就是借鑒微軟公司的 MS VISIO，這是 MS Office 辦公自動(dòng) 化套裝軟件之一。利用這個(gè)平臺(tái)開發(fā)的組態(tài)工具，具有與主流操作系統(tǒng)良好的兼容性，與 MS Office 可以任意嵌入 和鏈接，很好的解決了報(bào)表處理、

11、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析等功能的嵌入。此外，由于 MS VISIO 是獨(dú)立于 DIASYS 系統(tǒng) 而提供升級(jí)服務(wù)的軟件，因此在微軟推出了新版本的 VISIO 的同時(shí)，也就意味著 DIASYS 的組態(tài)軟件自動(dòng)升級(jí)。如 圖 10 所示： 圖 10 現(xiàn)在，三菱的 DIASYS 系統(tǒng)被認(rèn)為是世界上最先進(jìn)的電站 DCS 設(shè)備。同時(shí)，三菱重工在日本還是電站的運(yùn)營(yíng)商，很 多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)被補(bǔ)充到控制和工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中去，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適用性。這些成功的經(jīng)驗(yàn)都是我們上海電 氣值得借鑒的，這將改變以往只生產(chǎn) DCS，缺少電站運(yùn)行、管理和工藝設(shè)備制造經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)廠商的局面，從而使國(guó) 產(chǎn)的 DCS 設(shè)備進(jìn)入大容量、高參數(shù)，尤其是超臨界、超超臨界機(jī)組的 DCS 的應(yīng)用領(lǐng)域。 從傳統(tǒng)的工藝設(shè)備制造商到過程控制系統(tǒng)的供應(yīng)商是一個(gè)飛躍。從 ABB、西屋、三菱重工、西門子、GE、阿爾斯通、 日立等跨國(guó)企業(yè)的成長(zhǎng)歷程可以看出，它們本身都是集電站設(shè)備制造、控制系統(tǒng)制造、集成于一身的大型綜合性企 業(yè)集團(tuán)。這些集團(tuán)的電站控制系統(tǒng)都是用于增強(qiáng)其工程實(shí)施能力和產(chǎn)品附加值的有力保證，很多企業(yè)都將成功控制