自動控制-工業(yè)控制自動化行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

自動控制--工業(yè)控制自動化行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r第一章：工業(yè)控制自動化行業(yè)基本狀況1.1定義：工業(yè)控制機(jī)（工控機(jī)）是計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低能耗，以提高經(jīng)濟(jì)效益的主要技術(shù)手段。1.2工控機(jī)的種類工控機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品一般可分成下列幾類：Ï可編程序控制器（PLC）：按功能及規(guī)?？煞譃榇笮蚉LC（輸入輸出點(diǎn)數(shù)＞1024），中型PLC（輸入輸出點(diǎn)數(shù)256～1024）及小型PLC（輸入輸出點(diǎn)數(shù)＜256點(diǎn)）。Ï分布式控制系統(tǒng)（DCS）：又稱集散控制系統(tǒng)，按功能及規(guī)模亦可分為多級分層分布式控制系統(tǒng)、中小型分布式控制系統(tǒng)、兩級分布式控制系統(tǒng)。Ï工業(yè)PC機(jī)：能適合工業(yè)惡劣環(huán)境的PC機(jī)，配有各種過程輸入輸出接口板組成工控機(jī)。近年又出現(xiàn)了PCI總線工控機(jī)。Ï嵌入式計算機(jī)及OEM產(chǎn)品，包括PID調(diào)節(jié)器及控制器Ï機(jī)電設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)（CNC，F(xiàn)MS，CAM）Ï現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）1.3工控機(jī)發(fā)展綜述1983年工業(yè)控制計算機(jī)被列入國家計算機(jī)系列型譜及發(fā)展規(guī)劃。1989年機(jī)電部受國務(wù)院電子振興領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室委托，完成對全國工業(yè)控制計算機(jī)機(jī)型優(yōu)選，共選出包括工業(yè)控制微機(jī)系統(tǒng)、但（多）回路調(diào)節(jié)器、可編程控制器和工業(yè)控制功能模塊四個種類21個優(yōu)選機(jī)型。1990年國家計委、機(jī)電部、化工部、建材局聯(lián)合組織完成了首次全國工業(yè)爐窯控制系統(tǒng)的優(yōu)選。共選出工業(yè)鍋爐、水泥機(jī)立窯和小氮肥三種爐窯21套獲獎的控制系統(tǒng)。目前我國工業(yè)控制計算機(jī)（包括工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)、分散型工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)控制功能模塊系列、自動測試系統(tǒng)和數(shù)控、程控五大系列）技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工控機(jī)行業(yè)已經(jīng)形成。我國工控機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時，也相繼引進(jìn)了各種工控機(jī)系統(tǒng)，并開始自己設(shè)計控制系統(tǒng)和裝置，然后進(jìn)行消化吸收，進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。也有一些廠家引進(jìn)國外技術(shù)，與外商合作合資組裝生產(chǎn)國外產(chǎn)品，并逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。據(jù)電子部微型機(jī)信息網(wǎng)估計，目前我國工控機(jī)市場規(guī)模為95~127億元，其中PLC的規(guī)模是15~17億元，DCS系統(tǒng)規(guī)模15~20億元，工業(yè)PC機(jī)及板卡25~30億元，嵌入式計算機(jī)（含控制器）15~20億元，機(jī)電設(shè)備數(shù)控系統(tǒng)35~45億元。據(jù)報道，工控機(jī)生產(chǎn)廠家中，生產(chǎn)PLC的占30.43%，DCS占17.39，F(xiàn)CS占8.7%，工業(yè)PC機(jī)占21.74%，其他（自動化儀表、模塊）占21.74%。1.4各種主要產(chǎn)品（PLC\DCS\IPC\FCS\RTU）的市場情況1.4.1PLCPLC國內(nèi)外市場概況由于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和集成電路的迅速發(fā)展，PLC向小型化、微型化和高速化發(fā)展。在應(yīng)用中，PLC可與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可下掛PLC，組成分布式控制系統(tǒng)。PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石油、化工、建材、機(jī)械、輕工、食品、市政、交通和軍工等行業(yè)。據(jù)美國FROST&SULLIVA公司的報告，全球PLC從1993年的39億美元上升到2000年的76億美元，由占工控機(jī)市場的46%上升到50%。1995年國內(nèi)市場銷售PLC約為6.6萬套，其中國產(chǎn)1.6萬套，約為4800萬人民幣，進(jìn)口約5萬套，約有7000萬美元；1996年國內(nèi)市場銷售約為9萬套，其中進(jìn)口8萬套，總計約合人民幣15億元。專家估計，2000年P(guān)LC的國內(nèi)市場銷售達(dá)到15~20萬套，約25~35億元，其中進(jìn)口占90%左右。上述數(shù)據(jù)表明：我國PLC市場幾乎被國外產(chǎn)品占領(lǐng)，國內(nèi)PLC產(chǎn)品的市場占有率不足10%。（以上PLC統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括小型PLC）據(jù)專家估計，國內(nèi)PLC產(chǎn)品的年增長率為12%，以滿足石油、化工、電力、市政等行業(yè)技改的需要，到2005年全國PLC需求量將達(dá)到25萬套左右，約人民幣35~45億元。PLC產(chǎn)品的主要生產(chǎn)廠家來自中國最大的資料庫下載目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多個品種。主要的國外生產(chǎn)廠家包括Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE、富士、日立、光洋等等。據(jù)電子部98年調(diào)查結(jié)果表明，國內(nèi)應(yīng)用Siemens產(chǎn)品的用戶占20.8%，Modicon占14%左右，A-B14%左右，OMRON14%占14左右，三菱8.3%，GE6.25%，富士4.2%；其他（日立、光洋等）4%。目前，我國的PLC生產(chǎn)有一定的發(fā)展，小型PLC的有些品種已批量生產(chǎn)，中型PLC已有產(chǎn)品，大型PLC也開始研制，合資企業(yè)得到發(fā)展，有的產(chǎn)品不僅供應(yīng)國內(nèi)市場，而且還有出口。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化生產(chǎn)的企業(yè)約30多家，年產(chǎn)量超過1000臺的不到10家。主要有蘇州機(jī)床電器廠、上海香島機(jī)電制造有限公司、機(jī)械部北京機(jī)械工業(yè)自動化所、江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司、蘇州電子計算機(jī)廠、杭州機(jī)床電器廠、遼寧無線電二廠等。國內(nèi)產(chǎn)品的市場占有率不到10%。從以上數(shù)據(jù)可知，國內(nèi)PLC產(chǎn)品仍以國外產(chǎn)品為主，并以Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品為主。技術(shù)發(fā)展趨勢開放式的設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)成為主流；PLC技術(shù)正與PC技術(shù)融合；系統(tǒng)控制向分散發(fā)展；容錯系統(tǒng)；小型化、智能化。1.4.2DCS市場DCS國內(nèi)外市場概況據(jù)美國FROST$SULLIVA公司的報告，全球DCS的銷售額由93年的26.4億美元降到2000年的21.3億美元，由占工控機(jī)市場份額的31%降為27%。主要的生產(chǎn)廠家集中在美、日、德等國。1996年國內(nèi)DCS的市場銷售15~20億元人民幣，其中國產(chǎn)（約100套）約占5%，據(jù)專家估計，2000年國內(nèi)DCS系統(tǒng)銷售規(guī)模達(dá)到30~35億元人民幣。DCS國內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家DCS主要生產(chǎn)廠家集中在美、日、德等國。如美國HONEYWELL的TDC3000\MICROTDC3000,TDC3000X等；FOXBORO的I/AS；WESTINGHOUSE的WDPF；WAILEY的NETWORK90、INFI90；日本橫河的CENTUM、CS；YEWPACK的MARKII；德國SIEMENS的TELEPERM；ABB公司的MOD300、SIPAOS200等等。國內(nèi)由于我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和新建工程對DCS的急需，我國八十年代引進(jìn)了幾百套DCS，主要應(yīng)用于石化、冶金、電力、化肥等企業(yè)，我國工業(yè)自動化儀表行業(yè)同時從國外引進(jìn)技術(shù)，與外商合資組裝生產(chǎn)國外DCS，并逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，如上海福克斯波羅、西安橫河、北京貝利、四川儀表總廠等。同時，我國機(jī)械部重慶和上海自動化儀表所開發(fā)的DJK-7500，航空航天部的友力-2000、電子部六所的HS1000和HS2000、北京康拓的KT6000、浙大SUPERCON、杭州萬盛公司的FB-2000等。目前，我國的小型DCS系統(tǒng)已投入工業(yè)生產(chǎn)，大中型系統(tǒng)已在國家大型石化、冶金、電力等行業(yè)的百多個工程中推廣應(yīng)用。據(jù)電子部98年的調(diào)查表明：我國用戶中采用HYNEYWELL的用戶占22.5%；北京和利時占17.5%；西安橫河占12.5%；北京貝利占10%，SIEMENS占7.55；WESTINGHOUSE占5%；三菱、日立等公司各占2.5%。調(diào)查表明：采用國產(chǎn)DCS產(chǎn)品占有一定的市場份額，將近50%。國外主要DCS廠商及DCS性能表BaileyINF90ABBMOD300FoxboroIAHoneywellTDC3000RosemontDETAVYEW1000-XL年生產(chǎn)量80套70套80套100套50套75套年生產(chǎn)能力150套100套150套200套150套150套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模件綜合系統(tǒng)分布網(wǎng)分布網(wǎng)綜合系統(tǒng)分布網(wǎng)回路數(shù)128－400塊結(jié)構(gòu)8－12016－328－16模擬I/O點(diǎn)1224無限64072/站80數(shù)字I/O點(diǎn)1224無限128096/站250系統(tǒng)回路數(shù)128－400無限16點(diǎn)/塊無限3840256冗余系統(tǒng)是是是是可選是操作站數(shù)250不固定資產(chǎn)無限10不固定5點(diǎn)數(shù)/站30000》5000無限23000不限6000趨勢顯示點(diǎn)1500－3000每區(qū)36所有點(diǎn)所有點(diǎn)所有點(diǎn)32×8報警點(diǎn)有有有有有100組顯示240有400/區(qū)200/區(qū)480通訊冗余有有有有有有通訊速度兆波特10210511通訊長度KM2-41.62115批量控制有有有有有有算法數(shù)20025500807230標(biāo)準(zhǔn)30用戶語言C.basic有FortranP.B高級語言有有先進(jìn)控制有有有有有有通用數(shù)據(jù)庫是是是是分布式診斷功能有有有有有有模擬圖120-1000無固定無限無限100/CRT80與PLC接可可可可可可DCS的主要發(fā)展趨勢Ï向綜合方向發(fā)展：由于標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信線路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單（多）回路調(diào)節(jié)器、PLC、工業(yè)PC、NC等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動化要求，并適應(yīng)開放化的大趨勢。Ï向智能化發(fā)展：由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、推理技能等的發(fā)展，尤其是知識庫系統(tǒng)和專家系統(tǒng)的應(yīng)用，人工智能會在DCS各級實(shí)現(xiàn)。Ï工業(yè)PC化：由于IPC組成DCS成為一大趨勢，PC作為DCS的操作站或節(jié)點(diǎn)機(jī)已經(jīng)很普遍。Ï專業(yè)化：DCS為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解各個專業(yè)的工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電站DCS、變電站DCS等等。1.4.3工業(yè)PC機(jī)市場國內(nèi)外市場概況據(jù)美國FROST&SULLIVA公司的報告，全球工業(yè)PC機(jī)市場銷售額從1997年的10.2億美元上升到13.7億美元，由占工控機(jī)市場份額的12%降為9%。國內(nèi)自92年以來，工業(yè)PC機(jī)市場極為活躍。據(jù)電子部微電子于計算機(jī)研究中心統(tǒng)計，全國工業(yè)PC機(jī)的OEM產(chǎn)品海關(guān)統(tǒng)計進(jìn)口95年為21億元人民幣，96年為27億元，2000年接近40億元。主要生產(chǎn)廠家國外的生產(chǎn)廠家主要由臺灣研華、美國INTEL、IBM、SIEMENS等等。國內(nèi)的主要生產(chǎn)廠家有北京康拓工業(yè)電腦公司、北京四通工控、北京聯(lián)想工控、北京畫院自動化系統(tǒng)公司、北京工控計算機(jī)廠、北京宏拓工控、北京長城工控、北工大、北大方正、上海康泰克電子技術(shù)公司、華北工控、和利時自動化工程公司、中國航天工業(yè)總公司驪山公司等等。據(jù)電子部98年調(diào)查表明：我國工業(yè)PC機(jī)市場以海外產(chǎn)品如臺灣研華、美國INTEL為主，但國內(nèi)產(chǎn)品也占有一定的市場份額?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)市場現(xiàn)場總線控制技術(shù)給控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來一場革命，將有FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DCS。國家在“九五”期間為了加快現(xiàn)場總線技術(shù)在我國的發(fā)展，支持成立了“中國機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會現(xiàn)場總線專業(yè)委員會”和“中國儀器儀表協(xié)會現(xiàn)場總線專業(yè)委員會”以推進(jìn)行業(yè)工作，同時在重慶、西安、上海三大生產(chǎn)基地進(jìn)行技術(shù)改造，重點(diǎn)放在智能化儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的開發(fā)和工程化上，補(bǔ)充和完善工藝設(shè)備、開發(fā)裝置和測試裝置、建立智能化儀表和開發(fā)自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)基地，形成適度規(guī)模經(jīng)濟(jì)。集中力量聯(lián)合攻關(guān)解決基礎(chǔ)產(chǎn)品和基型產(chǎn)品等50個品種和必要的支撐軟件的開發(fā)。重點(diǎn)開發(fā)壓力、差壓變送器系列、溫度變送器系列、流量儀表系列、執(zhí)行器和閥門定位器系列等100個以上的品種。北京康拓科技開發(fā)總公司采用兼有數(shù)字－模擬特性的HART協(xié)議，研制開發(fā)了ITT智能溫度變送器。利用ITT智能溫度變送器和其他HATT產(chǎn)品組成HART現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。1.4.5RTU產(chǎn)品RTU的應(yīng)用情況RTU產(chǎn)品主要應(yīng)用電力行業(yè)的電網(wǎng)調(diào)度SCADA系統(tǒng)、變電站自動化控制，油田的自動化、輸油輸氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，城市供水、供氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。以電力行業(yè)的使用量最大。主要的生產(chǎn)廠家國外廠家包括GEHarris的D10/D20/D25/D200；費(fèi)希爾-羅斯蒙特（F-RSOEMOUNT）的ROC產(chǎn)品系列包括ROC-300系列通用RTU(199l年推出)有ROC306，ROC312，ROC3；另外SIEMENS、ABB、MOTOROLA等公司也開發(fā)自己的RTU產(chǎn)品，但他們的產(chǎn)品主要為自己公司的SCADA系統(tǒng)提供服務(wù)。國內(nèi)廠家包括：電力行業(yè)的東方電子、南瑞集團(tuán)、山東積成等等；石油行業(yè)的北京安控、江蘇華盛等公司。第二章化工行業(yè)工控發(fā)展概況2.1化工自動化的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1975年后，隨著從美、日、法引進(jìn)以DDZ-III型系列表為主，實(shí)現(xiàn)全流程集中控制的13套自動化程度較高的30萬噸/年合成氨裝置和一批大中型乙烯裝置和化工裝置，我國化工自動化進(jìn)入發(fā)展期。1981年吉化公司化肥廠在氨合成生產(chǎn)過程中率先采用DCSCENTUM系統(tǒng)監(jiān)控合成塔溫度等，這是我國工業(yè)部門首次使用分散控制系統(tǒng)（DCS）控制生產(chǎn)過程。80年代末90年代初，隨著微電子技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)代控制理論應(yīng)用擴(kuò)大，化工自動化得到進(jìn)一步的發(fā)展，在滄州化肥廠、云南天然氣化工廠等采用優(yōu)化操作、優(yōu)化管理的管控一體的自動化試點(diǎn)。90年代初~現(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)代控制理論應(yīng)用的擴(kuò)大，計算機(jī)技術(shù)用于化工生產(chǎn)過程控制有了較快的發(fā)展，DCS、IPC、PLC已獲得廣泛應(yīng)用，尤其是DCS和計算機(jī)相結(jié)合在實(shí)現(xiàn)多變量控制、優(yōu)化控制、人工智能專家系統(tǒng)、大型設(shè)備診斷以及管理控制一體化等方面做了大量工作，使我國化工特別是大型化工裝置的自動化技術(shù)有了長足的進(jìn)步。國家863工程使化工自動化由單體控制系統(tǒng)在向總體控制系統(tǒng)發(fā)展，由彼此獨(dú)立的子系統(tǒng)在向多元溝通的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)發(fā)展，由追求單向指標(biāo)、單個控制系統(tǒng)的品質(zhì)優(yōu)化在向追求整體效益、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的安全、優(yōu)質(zhì)低耗的綜合最優(yōu)指標(biāo)發(fā)展。綜上所述，40多年來化工自動化發(fā)展較快。目前化工自動化的整體水平已達(dá)到國外同類型90年代初的水平。2.2化工行業(yè)應(yīng)用工控產(chǎn)品的基本情況目前，化工行業(yè)的工控應(yīng)用主要集中在生產(chǎn)裝置的控制方面，但在管控一體化方面也有了一定的發(fā)展。大型化工生產(chǎn)控制主要用DCS；對于小型的生產(chǎn)裝置，考慮到IPC和PLC使用方便，價格便宜，又能用于程序控制，順序控制和連續(xù)生產(chǎn)過程控制，IPC和PLC在化工行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。大型化肥廠、大型乙烯廠主要采用DCS系統(tǒng)控制生產(chǎn)，小化肥廠，氮堿廠等主要用IPC或PLC控制，少量用DCS，化工行業(yè)用RTU控制生產(chǎn)的很少，主要用于一些化工廠的污水處理、輸送管道控制。據(jù)不完全統(tǒng)計，大型化肥廠、大型乙烯廠100%采用自動化控制生產(chǎn)，其中60.35％采用DCS，13.79％采用IPC，25.86％采用PLC；中型化肥廠也100％采用工控產(chǎn)品，其中32.23%采用DCS系統(tǒng)，39.67％采用IPC，28.1％采用PLC；小化肥廠也85％以上都采用了工控產(chǎn)品，其中15.24％采用DCS，33.33％采用IPC，39.5％采用PLC；氮堿廠95％以上都采用了工控產(chǎn)品，其中23.03%用DCS控制，58.98%用IPC，17.97％用PLC。對于管控一體化方面，化工部在“十五”期間，把管理控制一體化列入規(guī)劃，并已在滄州化肥廠、云南天然氣化工廠、福建煉油化工公司、吉化、盤錦乙烯等企業(yè)進(jìn)行了大量的工作。據(jù)化工部1997年11月統(tǒng)計，目前我國化工系統(tǒng)(不包括石化)用了713套DCS系統(tǒng)，比1995年4月統(tǒng)計數(shù)增加37.45%，化工系統(tǒng)是應(yīng)用DCS最多的工業(yè)部門，約占全國工業(yè)部門用DCS總套數(shù)2066套的34.5%。據(jù)專家估計，2000年化工應(yīng)用DCS為1740套，PLC為7800套。其中化肥DCS為478套，氯堿DCS為83套，有機(jī)化工DCS為595套?；は到y(tǒng)所用的DCS引進(jìn)的較多，進(jìn)口占60%以上，有美國、日本、德國、英國、意大利、澳大利亞等國家14個公司的不同型號的產(chǎn)品，約占總套數(shù)的70%左右，其中日本橫河公司和美國霍尼韋爾公司為最多，分別占22%和18%。99年各廠家所用工控產(chǎn)品的比例DCS%IPC%PLC%大型化肥廠所占比例19.5121.9558.53中型化肥廠32.2339.6728.1小型化肥廠15.2433.3339.5氯堿廠23.0358.9817.97化工行業(yè)工控產(chǎn)品應(yīng)用數(shù)量估計：化工行業(yè)DCS（套）PLC（臺）RTU（臺）99年120071002602000要的應(yīng)用企業(yè)化工行業(yè)的企業(yè)分布主要有蘭州化工基地，南京化工基地，吉林化工基地，北京化工基地，華南，華中地區(qū)等。對工控產(chǎn)品的性能要求大型化工企業(yè)采用DCS要求高可靠性，功能強(qiáng)，具有開放性，可聯(lián)網(wǎng)組成綜合管理控制系統(tǒng)，一般用國外產(chǎn)品；中小型化工企業(yè)要求可靠性高，具有開放性，可用國產(chǎn)DCS或用PLC控制，價格較便宜。工控改造的要求小化工裝置在工藝和裝備的技術(shù)改造中，要采用相應(yīng)的低成本自動化（LCA）技術(shù)來提高經(jīng)濟(jì)效益。低成本自動化是指為達(dá)到化工裝置所需控制要求而采用的適用而先進(jìn)的自動化技術(shù)，以取得低投入、高產(chǎn)出和縮短投資回收期的效果。LCA是國際上公認(rèn)的中小企業(yè)自動化發(fā)展的有效路子和基本模式。尤其在現(xiàn)階段，我國國產(chǎn)的DCS、PLC、工業(yè)PC機(jī)已不乏性能/價格好、售后服務(wù)又有良好信譽(yù)的品牌。而且，絕大多數(shù)化工對象的控制可用PID或PID與串級、前饋、超馳等的復(fù)合控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，也可引入并不復(fù)雜的軟測量參數(shù)后再用上述方法加以控制；在關(guān)鍵而難以控制的地方，應(yīng)用已有的或移植適當(dāng)?shù)南冗M(jìn)控制方法，如專家系統(tǒng)等技術(shù)，是完全可以取得很好的控制效果和經(jīng)濟(jì)效益的，而所需投資并不會很多。大型連續(xù)化工生產(chǎn)裝置要以提高經(jīng)濟(jì)效益為中心不斷優(yōu)化操作和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。大多數(shù)現(xiàn)有化工生產(chǎn)裝置仍有很大的效益潛力可開發(fā)，優(yōu)化是主要依靠軟技術(shù)來獲益的重要途徑，而優(yōu)化操作參數(shù)和優(yōu)化控制技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)未被重視和采用。積極采用先進(jìn)控制技術(shù)來提高控制效益；先進(jìn)控制軟件的開發(fā)要加速向工程化、商品化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展的進(jìn)程，針對化工過程常具有的多變量、非線性、時變性、不確定性、反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)，采用諸如解耦控制、推斷控制、自適應(yīng)控制、智能控制等方法，可使許多控制難題得以解決，從而獲取常規(guī)控制難以達(dá)到的效益，特別需要提出的是專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)對復(fù)雜的化工對象來說往往可以取得事半功倍的效果，其應(yīng)用前景十分廣闊。提高在線分析儀表的應(yīng)用技術(shù)水平，擴(kuò)大開發(fā)軟測量技術(shù)及其應(yīng)用。在我國化工生產(chǎn)過程中，在線質(zhì)量分析儀表一直是既昂貴而又難以用好的儀表，所以，不少化工廠在生產(chǎn)上主要依賴于化驗(yàn)室分析，由于這種離線分析的時間滯后且分析結(jié)果不具連續(xù)性，可能使產(chǎn)品質(zhì)量問題不能被及時發(fā)現(xiàn)，從而造成無法挽回的損失。故當(dāng)前首先要提高在線分析儀表的應(yīng)用技術(shù)水平，如樣氣的預(yù)處理裝置就十分關(guān)鍵。設(shè)備和過程故障診斷技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提高設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測水平。企業(yè)越來越深切地認(rèn)識到生產(chǎn)的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)是獲取最大經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，而“安”是第一位的，所以，故障診斷技術(shù)已成為自動化的重要內(nèi)容，近十多年來，無論是在其硬件還是軟件技術(shù)上都有很大進(jìn)展，尤其是應(yīng)用人工智能技術(shù)，使系統(tǒng)具有智能化關(guān)聯(lián)和邏輯判斷真假功能，能有效地避免因儀表造成的誤操作、誤停車和停車的擴(kuò)大化，以迅速恢復(fù)生產(chǎn)和減少經(jīng)濟(jì)損失。工控改造的發(fā)展趨勢未來十年化工自動化的發(fā)展目標(biāo)：Ï建立和完善以安全生產(chǎn)、節(jié)約能源、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)為主要的控制對象，用IPC、PLC、DCS和常規(guī)儀器儀表實(shí)現(xiàn)全流程控制。小型企業(yè)凡能實(shí)現(xiàn)自調(diào)的崗位和參數(shù)務(wù)必實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)替代手工干預(yù)。Ï開發(fā)和應(yīng)用專家系統(tǒng)、人工智能、統(tǒng)計過程控制、多參數(shù)模型預(yù)估控制等先進(jìn)過程控制技術(shù)處理和控制各類化學(xué)反應(yīng)全過程，并能處理過程單元非線性現(xiàn)象和排除可能有的干擾，以實(shí)現(xiàn)裝置的優(yōu)化運(yùn)行和保證產(chǎn)品質(zhì)量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的要求。Ï對設(shè)備特別是旋轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行在線腐蝕、磨損、旋轉(zhuǎn)和振動監(jiān)測。Ï開發(fā)和建立標(biāo)準(zhǔn)化平臺，運(yùn)用開放系統(tǒng)把化工企業(yè)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度合計化系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室分析系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)集成現(xiàn)場控制層、生產(chǎn)管理層和決策層網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)整個企業(yè)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和通訊的綜合信息的自動化管理。Ï開發(fā)和應(yīng)用特殊化工檢測和分析儀表，以滿足強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫、高壓、易爆場合的要求和化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需要。來自中國最大的資料庫下載Ï建立一支與現(xiàn)代企業(yè)自動化相適應(yīng)的自動化技術(shù)隊(duì)伍。在“十五“計劃期間，化工行業(yè)將積極推廣自動化行業(yè)的發(fā)展，預(yù)期在2005年使化工行業(yè)的自動化水平達(dá)到90年代中期國際水平，自動化將成為企業(yè)確保安全生產(chǎn)、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。到2010年，推廣應(yīng)用管控一體的標(biāo)準(zhǔn)化平臺試驗(yàn)成果，使其彷效大型化工企業(yè)和20%的中型化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)管控一體化，其它大中型企業(yè)用數(shù)字表，智能表和工業(yè)控制計算機(jī)，特別是用DCS，PLC，IPC對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制微機(jī)化;實(shí)驗(yàn)分析儀表化;計量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化;并擴(kuò)大使用以現(xiàn)場總線為主要控制的儀表;所有小型化工企業(yè)重要工藝參數(shù)和重要崗位實(shí)現(xiàn)自調(diào)。通過完成這些任務(wù)，使其2010年化工自動化先進(jìn)水平達(dá)到發(fā)達(dá)國家下世紀(jì)初的自動化水平。第三章石化行業(yè)工控發(fā)展概況3.1石化工業(yè)控制的水平石化行業(yè)自動化主要包括煉油化工自動化、油田自動化兩個方面。對于煉油化工自動化，在大型的煉油裝置、乙烯生產(chǎn)裝置、化纖生產(chǎn)裝置主要采用DCS系統(tǒng)，配備先進(jìn)的控制軟件進(jìn)行控制；對于中小型的生產(chǎn)裝置，采用電動儀表或DCS（中小型）、智能電動變送器、數(shù)字式調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制；油田自動化主要采用SCADA系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)。石化總公司在“九五”期間對新建和技改項(xiàng)目進(jìn)行了自動化改造，并取得了明顯的效益?？傮w來說，石化自動化水平已達(dá)到國外90年代中期水平。3.2煉油化工行業(yè)主要工控產(chǎn)品的應(yīng)用我國煉油化工生產(chǎn)裝置規(guī)模大，生產(chǎn)過程復(fù)雜，對計算機(jī)控制系統(tǒng)要求高，國產(chǎn)DCS還不能滿足要求。因此，這些裝置采用的DCS系統(tǒng)大都是引進(jìn)的。另外，多數(shù)DCS系統(tǒng)用于單個裝置的集中控制，聯(lián)合裝置集中控制的較少，采用全廠或區(qū)域DCS集中控制的改造正在進(jìn)行之中。自動化系統(tǒng)控制軟件也主要從國外進(jìn)口，目前有18家國外公司銷售的120多種控制軟件在我國銷售，新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件、模糊控制軟件已實(shí)用化。我國DCS應(yīng)用軟件有待進(jìn)一步開發(fā)，目前應(yīng)用與石化行業(yè)的DCS系統(tǒng)都數(shù)只發(fā)揮了30％的功能，有待進(jìn)一步的提高。截止到1999年九月化工信息中心統(tǒng)計，石油化工用于過程控制的DCS共678套，其中煉油211套，化工182套，化纖39套，化肥38套，油田113其他為95套。分別由國外10家公司引進(jìn)的20種型號產(chǎn)品。數(shù)量居前五家公司分別為美國霍尼威爾為225套，日本橫河為163套，F(xiàn)ISHER-ROSEMOUNT為37套，美國FOXBORO為35套，美國ABB為20套。國產(chǎn)DCS為21套。石油化工系統(tǒng)引進(jìn)的DCS系統(tǒng)價格昂貴，1990年前引進(jìn)的122套DCS總投資約為6000萬美元，1500萬人民幣，平均每套價格為50萬美元，目前每套的價格也在30~40萬美元左右。另外，引進(jìn)的方式主要是成套引進(jìn)。對于一些中小型的生產(chǎn)裝置，采用IPC、DCS（中小型）、PLC、智能電動變送器、數(shù)字式調(diào)節(jié)器等方式進(jìn)行控制。另外，對于整個生產(chǎn)裝置的某個局部控制部分，也采用PLC、IPC等方式作為控制核心。如催化裂化裝置中，利用IPC和電動儀表構(gòu)成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)控制、數(shù)據(jù)處理、開環(huán)指導(dǎo)，現(xiàn)已成為技術(shù)成熟、性能可靠的自控模式。專家估計，2000年石化應(yīng)用DCS為700套，PLC（IPC）為3100套，RTU為1200套。其中乙烯DCS為185套，PLC為820臺；煉油DCS為226套，PLC為1000臺；油田DCS為117套，PLC為518臺，RTU為1200臺。在石油化工領(lǐng)域RTU主要是用于油田自動化。石化使用的DCS，PLC（IPC）及RTU產(chǎn)品90%為引進(jìn)技術(shù)。工控產(chǎn)品應(yīng)用數(shù)量：石化行業(yè)DCS（套）PLC（臺）RTU（臺）99年678＊280011002000年70031001200＊號數(shù)據(jù)來源：化工信息中心；其他數(shù)據(jù)為專家估計。DCS系統(tǒng)在煉化企業(yè)的應(yīng)用效果綜觀已投用的DCS絕大部分都取得了較好的效益，為生產(chǎn)的安穩(wěn)長滿優(yōu)起了促進(jìn)作用，具有傳統(tǒng)常規(guī)儀表無法替代的優(yōu)點(diǎn)。例如高橋公司煉油廠的常減壓裝置采用DCS系統(tǒng)與FOX一300上位機(jī)，除對全裝置實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制外，還充分發(fā)揮了信息采集功能、通信功能和運(yùn)算功能強(qiáng)的優(yōu)勢，并以此利用人工智能方法構(gòu)造上級協(xié)調(diào)系統(tǒng)，開發(fā)了常壓塔整體智能決策與優(yōu)化專家系統(tǒng)，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)314萬元，技術(shù)上處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，并達(dá)國際水平。天津公司滌綸廠與申科院自動化所合作，采用DCS及一臺PC微機(jī)對間歇縮聚裝置十條生產(chǎn)線進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)聚酯粘度數(shù)模優(yōu)化控制，并與本廠微機(jī)局域網(wǎng)PLAN一5000連網(wǎng)，把實(shí)時生產(chǎn)信息自動傳送至調(diào)度室，向管控一體化邁出了一步。獲總公司89年優(yōu)秀計算機(jī)軟件一等獎及總公司科技進(jìn)步三等獎。巴陵公司錦綸廠已內(nèi)酡胺裝置投資人民幣32萬元，采用DCS系統(tǒng)改造原氣動I型表，自投用以來，工藝指標(biāo)控制合格率、產(chǎn)品質(zhì)量及原材料消耗均達(dá)歷史最好水平，一級品率由63%提高到83%，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)130萬元。揚(yáng)子公司聚丙烯裝置，采用TDG一3000系統(tǒng)對全裝置進(jìn)行控制，由于儀表、計算機(jī)人員與工藝人員、設(shè)計人員的密切配合，協(xié)同工作，技術(shù)上互相滲透，操作人員熟練地掌握了操作，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，獲總公司1989年優(yōu)秀計算機(jī)軟件二等獎，總公司科技進(jìn)步三等獎。齊魯公司橡膠廠乙腈裝置引進(jìn)，依靠廠內(nèi)自己的技術(shù)力量，進(jìn)行組態(tài)生成，節(jié)約了外匯，鍛煉了隊(duì)伍，提高了技術(shù)水平，在管理上建立了崗位操作規(guī)范，激發(fā)了操作人員刻苦鉆研業(yè)務(wù)、提高操作水平的熱情。DCS投用以后，產(chǎn)品合格率提高了14.73%，加上其它消耗下降，預(yù)計經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)500萬元。齊魯公司第二化肥廠、金陵公司化肥廠等30萬噸/年合成氨裝置采用DCS控制系統(tǒng)，也都取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為裝置節(jié)能降耗增產(chǎn)作出了貢獻(xiàn)。從管理角度定性評價DCS應(yīng)用水平的分類標(biāo)準(zhǔn)第一類，滿足生產(chǎn)安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行的要求，DCS功能發(fā)揮齊全，應(yīng)用水平較高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為裝置達(dá)標(biāo)作出較大貢獻(xiàn);并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時信息向計算機(jī)管理信息系統(tǒng)的傳輸。第二類:滿足生產(chǎn)安、穩(wěn)、長運(yùn)行的要求，促進(jìn)了工藝管理的改進(jìn);采用先進(jìn)控制策略，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為裝置達(dá)標(biāo)發(fā)揮了作用;工藝、儀表、計算機(jī)人員配合協(xié)調(diào)好;工藝人員能熟練地掌握DCS操作。第三類，滿足生產(chǎn)安、穩(wěn)、長運(yùn)行的要求，發(fā)揮了DCS的基本功能，提高了控制品質(zhì)，有經(jīng)濟(jì)效益。但應(yīng)用深度有待進(jìn)一步提高。第四類:DGCS基本功能沒有發(fā)揮，應(yīng)用水平低。以上述分類標(biāo)準(zhǔn)為尺度，對60多套DCS使用情況考查，屬第一類1套，占1.6%;第二類12套，占19.7%;第三類45套，占73.8%;第四類3套，占4.9%?？偵戏治?，我國的DCS系統(tǒng)的利用率相對較低，需要進(jìn)一步開發(fā)DCS系統(tǒng)的功能。主要煉油化工企業(yè)主要集中在蘭州石化基地，南京石化基地，東北石化基地，北京石化基地，華東，華南，華中地區(qū)等地區(qū)。主要是中石化下屬的公司和中石油和天然氣集團(tuán)公司下屬的地區(qū)公司。如中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司、中國石油化工股份有限公司齊魯分公司、中國石油化工股份有限公司上海高橋分公司等等。對工控產(chǎn)品的性能要求大型石化企業(yè)采用DCS要求高可靠性，功能強(qiáng)，具有開放性，可聯(lián)網(wǎng)組成綜合管理控制系統(tǒng)，一般用國外產(chǎn)品；中小型煉油裝置要求可靠性高，具有開放性，可用國產(chǎn)DCS，價格較便宜。對罐區(qū)，水處理等可用IPC或PLC控制，油田用SCADA系統(tǒng)和RTU控制。對工控改造的需求與趨勢煉油化工自動化的改造需求迫切。當(dāng)前，我們對石油化工產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，并要求煉化企業(yè)減少污染，節(jié)約能源，所有這些都迫使煉化企業(yè)提高自動化水平。傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)出現(xiàn)了一定的局限性，自1975年推出DCS以來，已廣泛應(yīng)用煉油化工企業(yè)，取得了很好的效果，顯示了它的優(yōu)越性。但是，隨著信息技術(shù)和企業(yè)管理現(xiàn)代化的發(fā)展，傳統(tǒng)的DCS顯出了局限性。據(jù)北美和歐洲用戶的調(diào)查，70％以上的用戶對DCS不滿意，原因一是價格昂貴；二是不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)信息迅速增加的要求，90年代，I/O點(diǎn)已增加到50000點(diǎn)，傳統(tǒng)的DCS不能滿足這種要求；三是過程變化性不大，有80％的控制回路與一般控制回路相比，控制過程變化性相似，只有20％的控制回路降低了過程的變化性；四是現(xiàn)場信號檢測與傳送仍是傳統(tǒng)模式，現(xiàn)場變送器檢測信號，以4~20MA模擬信號傳送，精度低，無自診斷功能，信號傳送也是單方向的。從目前到2005年，我國石化系統(tǒng)將有1200多套生產(chǎn)裝置需要用DCS控制，其中有100套主要裝置采用先進(jìn)優(yōu)化控制（一套先進(jìn)優(yōu)化控制軟件價格約50萬美元）。工控改造的發(fā)展趨勢（1）傳統(tǒng)DCS轉(zhuǎn)向開放的DCS：傳統(tǒng)DCS是由控制站，操作站及網(wǎng)絡(luò)組成，開放性較差。90年代國外推出新一代DCS。如霍尼維爾的TPS（TotalPlantSolutionSystem），它是集過程控制和信息管理于一體的計算機(jī)系統(tǒng)，采用通用的軟件：WindowsNTOLE(對象連結(jié)和嵌裝),ODBC（開放數(shù)據(jù)庫連接）及現(xiàn)場總線powerPC，和Intel芯片。(2)以工業(yè)PC機(jī)和現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分散控制：隨著工業(yè)PC機(jī)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)PC機(jī)的容量大，靈活性大，價格便宜，作為生產(chǎn)過程控制的設(shè)備，可滿足要求。到下個世紀(jì)，以工業(yè)PC機(jī)和現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分散控制，在石化工廠將會得到應(yīng)用。據(jù)專家估計：到21世紀(jì)，大部分常規(guī)的DCS功能將移到現(xiàn)場智取儀表和基于PC的系統(tǒng)。目前，已有煉油廠采用基于PC的現(xiàn)場分散控制系統(tǒng)。如美國猶他洲鹽湖城FLYING煉油廠，在自動化改造中，因常規(guī)的DCS價格很貴，所以沒有采用，而是采用的工業(yè)PC機(jī)，Opto22和Optocontrol最新控制軟件構(gòu)成了分散控制系統(tǒng)，取得與常規(guī)的DCS分散控制系統(tǒng)一樣的控制效果。我國油田也應(yīng)用了這種控制系統(tǒng)，投資省，控制效果較好。（3）總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：隨著國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的推出，它將對我國儀表和自控領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響，也必將對我國石化企業(yè)儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響。由于現(xiàn)場總線技術(shù)克服了模擬儀表和DCS的不足及應(yīng)用中的問題，近幾年它發(fā)展迅速，已進(jìn)入實(shí)用化階段。新一代控制系統(tǒng)是由多段高速（H2）或低速（H1）現(xiàn)場總線、各類智能現(xiàn)場儀表包括流量、壓力、溫度、執(zhí)行器及附助單元等、人-機(jī)接口（工業(yè)PC機(jī)）、組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)軟件等組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。有的國外儀表公司已推出自己的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)是DCS，它可完成控制、顯示、操作及與上位機(jī)通訊等。采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，原DCS60％-80％的基本控制功能分散在智能現(xiàn)場儀表上執(zhí)行，現(xiàn)場儀表、PLC、人-機(jī)接口（操作站）、維護(hù)管理系統(tǒng)、和上位機(jī)系統(tǒng)都將作為現(xiàn)場總線的節(jié)點(diǎn)平等地掛在總線上。FCS除了有控制系統(tǒng)外還有非控制用的信息組成維護(hù)管理系統(tǒng)，可把現(xiàn)場儀表的工位號、制造廠、材料、量程和零點(diǎn)、運(yùn)行狀況、精度、維修計劃等一系列信息傳送到操作站，操作員對現(xiàn)場儀表運(yùn)行情況一目了然。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可及時了解故障的位置和性質(zhì)，縮短了判斷故障的時間，并可預(yù)測維修，提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。（4）控制，管理和經(jīng)營于一體的信息綜合系統(tǒng)：目前許多煉油化工企業(yè)都是采用一種自成系統(tǒng)的自動化結(jié)構(gòu)，每個單元都有它自己負(fù)責(zé)的自動化系統(tǒng)，形成許多自動化“孤島”式的控制和信息管理格局。由于市場競爭激烈和規(guī)模經(jīng)營發(fā)展，企業(yè)為增強(qiáng)競爭優(yōu)勢，需要更及時、準(zhǔn)確的信息為企業(yè)決策服務(wù)，并使經(jīng)營決策能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)操作成果。計算機(jī)控制，經(jīng)營和管理一體化的信息綜合系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)將會得到煉油化工企業(yè)的重視。該系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)控制級、生產(chǎn)管理和經(jīng)營決策級組成。調(diào)節(jié)控制級包括現(xiàn)場儀表、調(diào)節(jié)控制、先進(jìn)控制和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)過程的最佳控制；生產(chǎn)經(jīng)營管理級包括跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，采集、加工和分析信息，生產(chǎn)計劃調(diào)度等；決策級是企業(yè)的最高決策層，包括原油供給、產(chǎn)品銷售、市場營銷等活動，及時作出正確決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最大利潤。（5）公用工程：公用工程裝置不是石油化工廠中的直接生產(chǎn)裝置，公用工程是向各工藝裝置供應(yīng)能源的，同時也消耗能源。如何使用公用工程裝置能源合理分配，達(dá)到燃料，蒸汽和電力優(yōu)化分配，則是公用工程控制的目的。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家中，十分重視公用工程的能源優(yōu)化控制管理。目前國外有許多公司都推出自己的能源優(yōu)化控制管理軟件包，對能源管理進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)約能源，提高效益的目的。美國SETPOINT公司的公用能源優(yōu)化應(yīng)用軟件包已在世界十幾個工廠中安裝使用。它是結(jié)合模擬和先進(jìn)控制來建立一個全廠范圍內(nèi)的能源管理系統(tǒng)，以最低的費(fèi)用提供能源，它可以分析蒸汽量，優(yōu)化控制鍋爐蒸汽產(chǎn)量，可以直接同過程計算機(jī)相連接，在線進(jìn)行優(yōu)化控制,可節(jié)約能源費(fèi)用的2—8%。ABBSimcon公司的能源管理系統(tǒng)(EMS)，也是一種優(yōu)化控制系統(tǒng)。它可以管理和控制工廠能源的發(fā)生和分配。它使用優(yōu)化、能源預(yù)測、蒸汽和電力平衡，產(chǎn)氣和發(fā)電協(xié)調(diào)、自適應(yīng)和預(yù)先控制，以達(dá)到燃料、產(chǎn)汽控制優(yōu)化的目的，可以節(jié)約5—10%的能源消耗。國有有關(guān)的發(fā)展政策為了提高石化行業(yè)的自動化水平，今后一段時間，國家主要抓好以下幾部分的工作。Ï重點(diǎn)搞好大型石化工程的儀表成套工作Ï提高國產(chǎn)ＤＣＳ的可靠性，并形成一定的規(guī)模Ï加強(qiáng)先進(jìn)控制應(yīng)用的研究工作Ï加強(qiáng)能源管理及優(yōu)化軟件的開發(fā)、應(yīng)用工作Ï設(shè)置必要的在線質(zhì)量分析儀，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制Ï工業(yè)ＰＣ機(jī)廣泛應(yīng)用，占領(lǐng)一定的市場份額Ï加快現(xiàn)場總線和工廠綜合自動化系統(tǒng)的開發(fā)工作3.3油田自動化目前，油田自動化已擺脫了傳統(tǒng)的自動化模式，由早期的儀表自動化進(jìn)入以微電子學(xué)為基礎(chǔ)，集微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的新一代自動化，也就是進(jìn)入了大量應(yīng)用PLC、DCS和SCADA系統(tǒng)的時期。油田自動化就是利用自動化手段對油田的油井、計量間、管匯閥組、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設(shè)施進(jìn)行自動監(jiān)測、自動控制，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化和管理自動化。油田自動化系統(tǒng)可分為兩大部分，一是用來完成過程控制和數(shù)據(jù)采集的SCADA系統(tǒng)(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))或DCS系統(tǒng)(集散控制系統(tǒng))；另一部分是用來保護(hù)工藝設(shè)備、保護(hù)人生安全、保護(hù)環(huán)境、減少和避免事故發(fā)生的ESD系統(tǒng)(緊急關(guān)斷系統(tǒng))。工控產(chǎn)品的應(yīng)用情況目前，油田自動化主控系統(tǒng)主要采用的工控產(chǎn)品是SCADA系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)，以SCADA系統(tǒng)為主；ESD系統(tǒng)通常采用可編程電子控制系統(tǒng)(PES)，如中型的PLC(可編程控制器)或FSC(故障安全控制器)來進(jìn)行控制，以滿足當(dāng)今高可靠性的ESD系統(tǒng)的需要；對于局部系統(tǒng)的控制（比如油田聯(lián)合站注水系統(tǒng)等等）采用IPC、PLC、DCS等控制方式；輸油、氣管道的自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要采用SCADA系統(tǒng)，如庫鄯輸油管道自動化監(jiān)控系統(tǒng)。截止到99年9月，油田使用的DCS系統(tǒng)為95套。據(jù)專家估計，2000年油田用DCS系統(tǒng)為117套，SCADA系統(tǒng)為150套，RTU（中型）1200臺，PLC（中型）達(dá)到518臺。以前國內(nèi)油田的主控系統(tǒng)主要采用國外的SCADA系統(tǒng)，近幾年來，國內(nèi)油田自動化的水平得到快速提高，出現(xiàn)了一批實(shí)力較強(qiáng)的工控廠家，占有一定的市場份額。應(yīng)用舉例靖西天然氣管線控制系統(tǒng)：靖西天然氣管線起源于陜西省蜻邊(陜甘寧氣田)，終于西安末站，全線穿越西安等15個市縣，主干線長約500km。管線起點(diǎn)壓力為4.5MPa終點(diǎn)壓力為1，OMPa管徑426m，年輸氣量5.6億立方米，管線二期工程在首站加壓為5.8MPa年輸氣量7.5億立方米。全線設(shè)置監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)，調(diào)度控制中心設(shè)在西安，管線設(shè)首站一座:靖邊;分輸蛄4座:延安、銅川、成陽、西安;清管站4座:華子坪、富縣、黃陵、涇河，另還設(shè)置線路截斷閥室14座。SCADA系統(tǒng)的通信采用衛(wèi)星信迅，輔之于公用電話網(wǎng)為備用信道，將全線數(shù)據(jù)實(shí)時送往西安調(diào)度控制中心。SCADA系統(tǒng)構(gòu)成：SCADA系統(tǒng)是以4C技術(shù)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由調(diào)度控制中心計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(DCC)、站控系統(tǒng)(SCS)以及通信系統(tǒng)(COMM)三部分構(gòu)成。1）調(diào)度控制中心（DCC）：DCC為SCADA系統(tǒng)最高級別的一層，主要負(fù)責(zé)采集所有站控RTU的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的生成，對整個系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)進(jìn)行管理、優(yōu)化、決策及控制。2）通訊系統(tǒng)（COMM）：SCADA系統(tǒng)工作的有效性和可靠性，取決于DCC和RTU之間的數(shù)據(jù)傳輸情況。目前常用的通信方式有公用電話網(wǎng)、VHF或UHF無線電通信、微波通信、對流層反射無線電通信、電力線載波通信、直達(dá)線通信、同軸電纜、衛(wèi)星通信及光纖通信等。由于DCC和RTU之間距離大多都很遙遠(yuǎn)，為保證SCADA系統(tǒng)有效運(yùn)行，必須保證通信不被申斷，因此大多采取通信冗余技術(shù)，即采用主-備雙通信信道。3）站控系統(tǒng)及遠(yuǎn)程終端裝置（SCS，RTU）：RTU是一種以微處理器為基礎(chǔ)的智能裝置，它以模擬的和數(shù)字的輸入輸出信號與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的儀表和控制設(shè)備相連，實(shí)時采集所需要的各工藝參數(shù)，如壓力、溫度、流量、液位、閥門狀態(tài)、泵狀態(tài)等，并實(shí)現(xiàn)就地控制；同時把有關(guān)數(shù)據(jù)打包，通過COMM傳給DCC，并接受來自DCC的遠(yuǎn)程控制信號，RTU是SCS的核心。靖西管線的SCADA系統(tǒng)，調(diào)度控制中心計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用加拿大VAMET公司的OASYS平臺，站控系統(tǒng)RTU由A-B公司PLC-5可編程控制器組成，SCADA主機(jī)通過VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)與RW通信，一旦衛(wèi)星線路中斷，可通過地面公共電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。來自3722資料搜索網(wǎng)中國最大的資料庫下載調(diào)度控制中心設(shè)有5臺計算機(jī)工作站:操作員工作站2臺;工程師工作蛄、培訓(xùn)工作站、系統(tǒng)模擬工作SCADA控制中心網(wǎng)絡(luò)配置了4臺顯示終端站，其中值班主任終端站1臺，生產(chǎn)經(jīng)理終端站1臺，總經(jīng)理終端站1臺，演示終端站1臺，每站均配14"彩色高分辨率顯示器，分辨率1280x1024，256色。由于首、末站在工藝上的重要性，采用A-B公司PLC-5/40的CPU，并且按1:1熱冗余方式配置，其余各站的CPU均采用PLC-5/20;每個站的I/O模板均放置在一個16槽機(jī)架內(nèi)，通過遠(yuǎn)程I/O鏈與CPU通信;每站還配有A-B公司的PANEWIEW900，用于各站的人機(jī)接口。靖西管線全線控制采用就地手動、站控、調(diào)度控制中心遠(yuǎn)程控制的三級控制方式，各場站做到無人值守。其中調(diào)度控制中心遠(yuǎn)程控制優(yōu)先級最高，在緊急狀況下如信號線路發(fā)生故障，現(xiàn)場操作人員可以中斷站控自動程序，采取就地手動控制。通常情況下，各場站的數(shù)據(jù)采集、控制及報警故障處理由站控完成；輸氣方案的確定、管線流量的管理優(yōu)化等由調(diào)度中心完成，同時，調(diào)度中心可以控制和調(diào)整各站的流量和壓力，可開啟或關(guān)閉各站的重要閥門，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。二者協(xié)調(diào)配合，使整個管線處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。技術(shù)性能要求除了滿足油田自動化的基本功能需求外，由于油田油井、計量站等設(shè)施分布較散，距離較遠(yuǎn)，考慮到造價等問題，有些設(shè)備的通訊方式必須采用無線通訊的模式。自動化改造的要求進(jìn)入九十年代以來，我國油田自動化取得了突破性的進(jìn)展，東部老油田的改造，聯(lián)合站的自控系統(tǒng)，尤其在西部八五期間的新油田建設(shè)中實(shí)施了自動化工程，可以說：“當(dāng)前油田自動化進(jìn)入了一個重要的發(fā)展階段。”西氣東輸工程工控產(chǎn)品的應(yīng)用：西氣東輸工程主干線西起輪南油氣田，東至上海，全長4167KM，2003年完成主體工程，儀表控制系統(tǒng)投資有24億元。下游配套的城市管網(wǎng)，工業(yè)利用等項(xiàng)目需儀表控制系統(tǒng)投資有42億元，這是一個很大的市場。1）SCADA系統(tǒng)：集氣站的主要功能是將幾個至十幾個天然氣計量站的來氣集中到該站進(jìn)行凈化處理，脫去天然氣中的水分和酸性氣體。在這些工藝過程中，壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的控制和連鎖保護(hù)是比較復(fù)雜的，尤其是軸位移和軸振動的檢測，目前國內(nèi)還不能提供可靠的儀表供選擇。SCADA系統(tǒng)除控制集氣站外，還應(yīng)通過遠(yuǎn)程終端裝置(RTU)遠(yuǎn)距離監(jiān)視所管轄的氣井和計量站的生產(chǎn)狀態(tài)和有關(guān)數(shù)據(jù)。一旦出現(xiàn)事故，立即啟動集氣站中的應(yīng)急關(guān)閉和火炬燃燒系統(tǒng)。集氣站中的高、中、低壓氣在發(fā)生故障時，必須先關(guān)閉系統(tǒng)，將高、中、低壓氣系統(tǒng)自動地切換到火炬系統(tǒng)，自動點(diǎn)火，充分燃燒，保護(hù)環(huán)境和保障系統(tǒng)安全。2）天然氣處理工廠的DCS：天然氣綜合加工廠包括天然氣分離廠，液化輕烴加工廠，天然氣、輕烴儲罐區(qū)，熱電聯(lián)供設(shè)備，含油污水處理廠等。對于年產(chǎn)120億立方米天然氣能力的氣田，根據(jù)地理位置和氣量情況，需要建立天然氣處理廠4-6個。因其生產(chǎn)工藝過程相對分散，每個工廠都有自己獨(dú)立的生產(chǎn)工藝過程，各工廠之間又互為上、下游提供原料和能源。因此它們的過程檢測和控制系統(tǒng)應(yīng)該是典型的DCS分散控制系統(tǒng)。作為整個天然氣處理廠，它的檢測和控制除了保證各工廠平穩(wěn)運(yùn)行，還應(yīng)考慮到全系統(tǒng)的熱量和質(zhì)量平衡，以達(dá)到對給定原料氣來講是最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)過程控制。3）天然氣長輸管道SCADA系統(tǒng)：幾個天然氣處理廠的合格氫氣匯集到輪南油氣田首站，經(jīng)直徑為11l8mm的管線，輸送壓力為8.4MPa，途經(jīng)9個省市，最終到達(dá)上海。長輸管線要穿越山地、峽谷、河流、沼澤、鹽堿地等多種復(fù)雜地段。SCADA系統(tǒng)除一般對天然氣輸送過程的壓力、溫度、流量、天然氣密度、天然氣露點(diǎn)等變量的檢測和控制以及中間站的監(jiān)視控制之外，還應(yīng)考慮管道、設(shè)備的腐蝕和防護(hù)，以及管線的安全操作等技術(shù)，特別是當(dāng)發(fā)生天災(zāi)和設(shè)備事故，或者天然氣被偷盜時，為保護(hù)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境，而需采取的應(yīng)急處理技術(shù)。4）天然氣分輸站的商品氣的計量交接技術(shù)：天然氣作為一種商品，在氣田的外輸首站需要經(jīng)商品計量交接給天然氣長輸管道公司，管道公司將天然氣輸送到沿途的9個省市時，也要分輸給各省市的天然氣利用公司，后者將天然氣銷售給化肥廠、電廠、供熱公司及各用戶時也需要進(jìn)行計量。而天然氣的計量數(shù)據(jù)作為財務(wù)結(jié)算的憑證，應(yīng)該具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性和公正性。初步估算DNl5O-DNl118的大中型天然氣交接計量站約400-500個，DNlO0以下的輸給供熱公司、大型賓館飯店等的計量設(shè)施就有數(shù)以萬計。如果再考慮到千家萬戶的需求，所需儀表的數(shù)量就更多了。5）城市天然氣管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)："西氣東輸"的末站是長江三角洲地區(qū)。上游開發(fā)和主管道建設(shè)由國家建設(shè)投資，而下游各城市的管網(wǎng)和配套建設(shè)工程由各地分頭建設(shè)，預(yù)測每消化l立方米天然氣，需投資5-8元，下游工程建設(shè)需投資600-800億元。城市管網(wǎng)鋪設(shè)和舊網(wǎng)改造以及儲備設(shè)施的SCADA系統(tǒng)，從管線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來看將是樹型、環(huán)型、墾型的多種組合。整個過程檢測和控制系統(tǒng)要根據(jù)工藝流程合理地設(shè)計各種RTU，根據(jù)用戶所需的天然氣壓力和流量控制整個系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，以保證及時準(zhǔn)確地計量。國內(nèi)油田的分布我國的油田主要集中在東北、華北、西北地區(qū)。主要有大慶油田、勝利油田、中原油田、塔里木油田、吐哈油田、華北油田、遼河油田、青海油田、克拉瑪依油田大港油田、四川油田、河南油田、江蘇油田等等。主要油田企業(yè)：中國石油化工股份有限公司中原油田分公司、中國石油化工股份有限公司河南油田分公司、中國石油化工股份有限公司江漢油田分公司、中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司、中國石油化工股份有限公司滇黔桂油田分公司。主要競爭對手以前國內(nèi)油田的主控系統(tǒng)主要采用國外的SCADA系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)，近幾年來，國內(nèi)油田自動化的水平得到快速提高，出現(xiàn)了一批實(shí)力較強(qiáng)的工控廠家國外廠家：主要由美國Action公司SCADA系統(tǒng)，應(yīng)用新疆鄯善油田、青海濕北氣田；加拿大VALMET公司的SCADA系統(tǒng)；美國BAKERCAC公司的SCADA系統(tǒng)；WESCON公司的SCADA系統(tǒng)、HONYWELL的PlantScapeSCA系統(tǒng)等等。國外廠家的產(chǎn)品價格較高，如新疆塔中的一個油田(年產(chǎn)量200萬噸)的監(jiān)控系統(tǒng)由美國某DCS制造商承包，系統(tǒng)造價近千萬美元。國內(nèi)主要廠家：如上海愛克新工業(yè)控制系統(tǒng)工程有限公司的CIM-PAC9000plusSCADA系統(tǒng)、沈陽惠東管道控制有限公司的輸油管道自動化系統(tǒng)、上海工業(yè)自動化儀表研究所、北京安控公司的EchoSCADA系統(tǒng)、江蘇華盛信息技術(shù)有限公司的石油開采井網(wǎng)信息控制系統(tǒng)。另外一些油田的設(shè)計院、勘探局也開發(fā)了一些局部的自動化控制系統(tǒng)，如遼河石油勘探局產(chǎn)油處與西安石油學(xué)院合作的"LH-3型抽油井計算機(jī)診斷與優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)"；中原石油勘測局開發(fā)的"ZYJD-抽油機(jī)井綜合測試系統(tǒng)"；華北石油管理局采油工藝研究院的“油氣處理井站計算機(jī)管理系統(tǒng)”、“阿爾善油田自動化監(jiān)測系統(tǒng)”。一些自動化控制公司也開始涉足油田自動化，主要有上海自動化儀表研究所、新疆天擇數(shù)碼科技有限公司、天總公司三院天上星測控技術(shù)研究所的采油自動測控系統(tǒng)。對于一些電力行業(yè)國內(nèi)工控巨頭也已涉足油田控制領(lǐng)域，主要由東方電子、南瑞集團(tuán)等。第四章電力行業(yè)工控發(fā)展情況4.1電力行業(yè)自動化電力行業(yè)自動化主要包括廠站自動化（火電廠自動化、水電廠自動化、變電站綜合自動化）、調(diào)度自動化兩大部分。目前電力自動化市場基本上被三類企業(yè)瓜分：第一類企業(yè)是美國ABB、德國西門子等跨國公司，他們承擔(dān)了大型（國家、省級）電網(wǎng)改造業(yè)務(wù)。大系統(tǒng)要求高技術(shù)、高可靠性，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的實(shí)力無法承擔(dān)；第二類企業(yè)是南瑞、東方電子和許繼電器等國內(nèi)高科技企業(yè)。分別瓜分了中小型（地縣級）電網(wǎng)的各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，該市場需要較高的技術(shù)開發(fā)和系統(tǒng)集成水平，同時也需要大批設(shè)計、安裝、調(diào)試人員的投入，一般地方企業(yè)沒有人才儲備，跨國公司則因規(guī)模不濟(jì)、成本高難以進(jìn)入該市場；第三類企業(yè)是一些尚未形成規(guī)模的小企業(yè)，他們只能承擔(dān)電網(wǎng)中部分環(huán)節(jié)的配套工作。4.2電網(wǎng)調(diào)度自動化電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）為基礎(chǔ)，包括自動發(fā)電控制（AGC）和經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行（EDC）、電網(wǎng)靜態(tài)安全分析（SA）、調(diào)度員培訓(xùn)仿真（DTS）以及配電網(wǎng)自動化（DA）等幾部分在內(nèi)的能源管理系統(tǒng)（EMS）。他收集、處理電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時信息，通過人機(jī)聯(lián)系八電網(wǎng)運(yùn)行狀況集中而有選擇地顯示出來進(jìn)行監(jiān)控，并完成經(jīng)濟(jì)調(diào)度和安全分析等功能。主要作用是電力系統(tǒng)的安全監(jiān)控、提高系統(tǒng)的運(yùn)行水平、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)的輔助計算、報表自動打印。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)主要設(shè)備有遠(yuǎn)動終端裝置（RTU）、通訊設(shè)備、調(diào)度主機(jī)（微機(jī)系統(tǒng)）等。電網(wǎng)調(diào)度自動化發(fā)展我國電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了50年代的萌芽、60年代的試點(diǎn)、70年代的起步、80年代的大發(fā)展和90年代的成熟等幾個階段。(1)70年代調(diào)度自動化：到了70年代，隨著電子計算機(jī)的推廣應(yīng)用，我國大多數(shù)地區(qū)才逐漸開展電網(wǎng)調(diào)度自動化工作。計算機(jī)在電網(wǎng)中首先應(yīng)用于數(shù)值計算；隨后，華北、華東、東北三大電網(wǎng)開始了計算機(jī)的安全監(jiān)控。1978年8月，我國第一個全國產(chǎn)化的電網(wǎng)計算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)SD-176在東北電網(wǎng)投入運(yùn)行。該系統(tǒng)投運(yùn)后取得了良好的效果，其他一些電網(wǎng)也相繼開展了計算機(jī)電網(wǎng)監(jiān)視工作，全國電網(wǎng)調(diào)度自動化從此出現(xiàn)了發(fā)展的新局面。到80年代初期，全國已有25個網(wǎng)、省調(diào)、地調(diào)不同程度地實(shí)現(xiàn)了信息收集、自動顯示、故障報警、制表打印等功能；(2)80年代大發(fā)展時期：80年代是我國電力工業(yè)大發(fā)展時期。10年中，我國電力裝機(jī)和年發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻番，形成和發(fā)展了華北、華東、華中、東北和西北五大電網(wǎng)，330kV及以上輸電線路增長近10倍，達(dá)1萬多公里，并建成了全長逾l0OOkm的葛洲壩一上海的5OOkV直流輸電線路，實(shí)現(xiàn)了華中、華東兩大電網(wǎng)的互聯(lián)。我國電力系統(tǒng)已進(jìn)入了大機(jī)組、大電網(wǎng)、超高壓時代。電力工業(yè)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，對電網(wǎng)調(diào)度自動化提出了更高、更迫切要求。為了適應(yīng)電力事業(yè)飛速發(fā)展對遠(yuǎn)動及自動化技術(shù)的需要，迅速改變我國相對落后的局面，七八十年代以來電力系統(tǒng)相繼引進(jìn)了一些國外先進(jìn)的遠(yuǎn)動和自動化設(shè)備及系統(tǒng)，如能源部調(diào)通局引進(jìn)了日本日立系統(tǒng)、湖北省調(diào)引進(jìn)了瑞典ASEA系統(tǒng)、安徽省調(diào)引進(jìn)了BBC系統(tǒng)、云南省調(diào)引進(jìn)了SCI系統(tǒng)等，尤其引人注目的是華北、華申、東北、華中四大電網(wǎng)調(diào)度自動化引進(jìn)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)及設(shè)備的引進(jìn)，一方面滿足了當(dāng)時電力生產(chǎn)的急需，縮短了我國電力調(diào)度自動化與世界先進(jìn)國家的距離;另一方面也為我們提供了可貴的借鑒，促進(jìn)和推動了國內(nèi)遠(yuǎn)動和調(diào)度自動化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步；(3)90年代電力自動化成熟期：90年代國際上采用的是開放的分布式調(diào)度自動化系統(tǒng)。在應(yīng)用上，我國國調(diào)中心、西北網(wǎng)調(diào)及湖南、福建等省調(diào)分別引進(jìn)了Siemens、CAE、ABB、Valmet等公司的開放式調(diào)度自動化系統(tǒng);與此同時，國內(nèi)電力科學(xué)研究院、電力自動化研究院等單位也開發(fā)了開放式調(diào)度自動化系統(tǒng)，在一些地區(qū)投入運(yùn)行，取得了良好的效果。為了實(shí)現(xiàn)各級調(diào)度自動化之間的信息交換，中國電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)于1997年開通，實(shí)現(xiàn)了國調(diào)和網(wǎng)調(diào)、省調(diào)一級網(wǎng)互聯(lián)，部分網(wǎng)調(diào)與省調(diào)建立了二級網(wǎng)互聯(lián)，少數(shù)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了三級網(wǎng)互聯(lián);1998年，中國電力信息網(wǎng)開通。目前，國調(diào)的數(shù)據(jù)網(wǎng)已連接國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)，與各網(wǎng)局、大多數(shù)省局開通了電子郵件等多項(xiàng)服務(wù)。各大區(qū)電力系統(tǒng)及一部分省級和地區(qū)電力系統(tǒng)也進(jìn)行了電力系統(tǒng)調(diào)度的控制自動化的研究和實(shí)踐，不同程度地實(shí)現(xiàn)了信息的收集、傳輸、處理、顯示、打印等功能。1990年前后，所有大區(qū)、省級及50個地區(qū)電力系統(tǒng)的調(diào)度都實(shí)現(xiàn)不同程度的計算機(jī)監(jiān)視和控制，到2000年，全國各級調(diào)度都根據(jù)各自功能的要求，建立自動化調(diào)度系統(tǒng)，上下級調(diào)度間實(shí)現(xiàn)計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，組成一個分層控制的調(diào)度系統(tǒng)。我國電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀經(jīng)歷近半個世紀(jì)的發(fā)展，我國電網(wǎng)調(diào)度自動化有了很大的進(jìn)步，無論在理論還是在實(shí)踐上都取得了可喜的成就，為我國電力事業(yè)的發(fā)展尤其是電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)，電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)已名副其實(shí)地成為現(xiàn)代電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱之一。目前我國1lOkV以上變電站、大中型發(fā)電廠及相當(dāng)一部分35kV變電站、小型發(fā)電廠都不同規(guī)模地?fù)碛羞h(yuǎn)動及自動化系統(tǒng)。我國已擁有一大批高素質(zhì)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動和自動化專業(yè)人才，形成了以高等院校、科研院所及企業(yè)為主體的科研隊(duì)伍，涌現(xiàn)出了一批在科研和生產(chǎn)上都具相當(dāng)實(shí)力的企業(yè)。據(jù)估計，我國變送器、遠(yuǎn)動終端、調(diào)度自動化系統(tǒng)等的生產(chǎn)廠家已達(dá)上百家之多，很多產(chǎn)品己形成了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化。我國省級以上調(diào)度機(jī)構(gòu)中有東北、華北、廣東、海南等多家使用國內(nèi)開發(fā)的SCADA/EMS系統(tǒng)，很多產(chǎn)品的功能和性能已達(dá)到國際同類系統(tǒng)的先進(jìn)水平，某些方面還優(yōu)于引進(jìn)系統(tǒng)。從總體上看，我國電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)裝備水平基本上達(dá)到國際90年代中期的水平。到目前為止，全國網(wǎng)局、省局調(diào)度自動化系統(tǒng)中的SCADA部分基本上都通過了實(shí)用化驗(yàn)收;90%以上的電源和22OkV及2OOkV以上電網(wǎng)的實(shí)時信息得到有效和準(zhǔn)確的采集，尤其廠站基礎(chǔ)自動化設(shè)備可靠性和管理水平明顯提高，它提供的實(shí)時信息已經(jīng)成為各級調(diào)度員進(jìn)行電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度的主要依據(jù);以自動打印報表取代了人工抄表，改變了落后的電話調(diào)度方式，縮短了電網(wǎng)故障處理時間，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。不少單位的自動化系統(tǒng)還涉及經(jīng)營、計劃、用電、辦公自動化等部門，使之減輕了勞動強(qiáng)度，提高了效率。AGC功能實(shí)際應(yīng)用已顯成效。到1999年9月底，我國35個網(wǎng)、省電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中已有31個配置了AGC功能，其中多數(shù)達(dá)到了實(shí)用，取得了良好的效果，在提高電網(wǎng)運(yùn)行控制水平和管理水平，減輕調(diào)度人員和現(xiàn)場人員勞動強(qiáng)度等方面發(fā)揮了重要作用。水調(diào)自動化的建設(shè)和應(yīng)用工作有了較大進(jìn)展。到1998年年底，我國有70多座大中型水電廠配置了水情自動測報系統(tǒng)，為保證水電廠的安全渡汛和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了重要作用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益;西北、福建、貴州、廣西、廣東和云南電網(wǎng)的6個水調(diào)自動化系統(tǒng)己正式投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)水電廠水情信息的自動收集和分析，并能根據(jù)給定的邊界條件進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)的水庫群優(yōu)化調(diào)度方案計算，為進(jìn)行科學(xué)的水庫調(diào)度決策和仝網(wǎng)的水庫群優(yōu)化調(diào)度及水、火電的優(yōu)化調(diào)度提供了有力的技術(shù)支持，并取得了顯著成績。發(fā)展趨勢電力工業(yè)體制改革的進(jìn)一步深化，電力事業(yè)的發(fā)展，不斷對電網(wǎng)調(diào)度自動化提出新的要求，電網(wǎng)的運(yùn)行和控制越來越依賴于完善、先進(jìn)和實(shí)用的調(diào)度自動化系統(tǒng);同時，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，許多新理論、新方法、新器件不斷出現(xiàn)，也為電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)備的不斷更新提供了技術(shù)和物質(zhì)的保證?，F(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的內(nèi)涵也在不斷豐富、發(fā)展，不僅包括EMS、DMS以及電能量自動計量系統(tǒng)、水調(diào)自動化系統(tǒng)，還將包括電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)等有關(guān)內(nèi)容。遙視功能：隨著變電站綜合自動化的發(fā)展進(jìn)程，無人值班、無人值守變電站不斷增多，生產(chǎn)現(xiàn)場的可視化及環(huán)境監(jiān)控問題，如防火、防盜、防漬、防爆等就顯得不容忽視，而遠(yuǎn)動系統(tǒng)傳統(tǒng)的"四遙"功能遙測、遙信、遙控、遙調(diào)卻不能支持這一目的。于是，具備警戒作用的"遙視"功能便成為現(xiàn)代遠(yuǎn)動系統(tǒng)的一項(xiàng)新內(nèi)容?，F(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，已能成熟地實(shí)現(xiàn)圖像、聲音信號的數(shù)字化，以及對音像信號的處理和遠(yuǎn)距離傳送，從而使遠(yuǎn)動系統(tǒng)增加"遙視"在技術(shù)上成為可能。遙視功能主要是實(shí)現(xiàn)在調(diào)度申心觀看生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)景，同時還應(yīng)具備警戒甚至能啟動安全設(shè)施的功能，如啟動消防系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、音響警告非法闖人者等。目前，國內(nèi)市場已出現(xiàn)此類產(chǎn)品，如SID-9A型多媒體遙視警戒系統(tǒng)等。變送器，RTU將成為歷史：傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動、SCADA系統(tǒng)及保護(hù)、故障錄波等設(shè)備和系統(tǒng)是按分散功能考慮的，所謂"集中控制、功能分散"型。分布式控制系統(tǒng)并入電力系統(tǒng)，將改變過去一個功能模塊管理多個電氣設(shè)備和間隔單元的模式，而是將多種設(shè)備功能集于一體。與之相應(yīng)的產(chǎn)品已有電力綜合監(jiān)控儀和分布式斷電保護(hù)裝置、綜合自動化系統(tǒng)等。其中電力綜合監(jiān)控儀，可用以取代常規(guī)檢測儀表和切換開關(guān)，也可取代各種電量變送器及變送器柜，并可取代RTU全部硬件。它可單獨(dú)使用，也可分散置于高壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜中。過去各設(shè)備的功能現(xiàn)在主要由軟件來實(shí)現(xiàn)，就地采集的數(shù)據(jù)根據(jù)需要可用于多種用途，從而減少了設(shè)備投資，增加了可靠性。電力市場的發(fā)展對遠(yuǎn)動技術(shù)的要求：要實(shí)現(xiàn)電力的市場競爭，除立法、組織、經(jīng)營、管理的改革外，電力系統(tǒng)自動化和信息化是支持電力市場發(fā)展的技術(shù)手段，這時遠(yuǎn)動技術(shù)將面臨重大變革。如預(yù)報競爭入網(wǎng)電價及用電要求、用電量申報、電價變動實(shí)行對用戶透明等;而且，管理和自動化的信息都要求圖聲并舉。因此，自動化的終端和渠道將和管理信息系統(tǒng)(M15)的終端和渠道共同實(shí)現(xiàn)寬帶聯(lián)網(wǎng)，以便能及時可靠地處理用戶和供電點(diǎn)之間的各種信息傳遞，使電網(wǎng)能公開開放，電力供需之間能自由選擇，實(shí)現(xiàn)快速查詢、處理的服務(wù)機(jī)制。遠(yuǎn)動技術(shù)不但涵蓋自動化和管理信息的內(nèi)容，也將包括市場競爭，如調(diào)度員洽商、決策、調(diào)解等內(nèi)容。4.3變電站綜合自動化變電站自動化和無人值班站是當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域的兩大熱門課題。變電站自動化則是一項(xiàng)新技術(shù)，是在微機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。國外在80年代已有分散式變電站自動化系統(tǒng)問世，以西門子(Siemens)公司為例，該公司第一套全分散式變電站自動化系統(tǒng)LSA678，早在1985年就在德國漢諾威投人運(yùn)行，至1993年初已有300多套系統(tǒng)在德國及歐洲的各種電壓等級的變電站運(yùn)行。我國的變電站自動化工作大體上從90年代開始。初始階段主要研制和生產(chǎn)集中式變電站自動化系統(tǒng)，如DISA-l、BJ-l、iES-60、XWJK-l0OOA、FD-97等型;90年代中期開始研制分散式變電站自動化系統(tǒng)，如DlSA-2、DISA-3、CSC-2000、DCAP320O、FDK等型，與國外先進(jìn)水平相比大致有10年的差距。在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的同時，結(jié)合我國的實(shí)際情況，許多部門正在共同努力繼續(xù)開發(fā)更加符合國情的變電站自動化系統(tǒng)。可以預(yù)計，今后其發(fā)展的速度會越來越快，與國外的差距會逐步縮小。工控產(chǎn)品的應(yīng)用（1）傳統(tǒng)模式：傳統(tǒng)模式就是目前國內(nèi)應(yīng)用最普遍的遠(yuǎn)方終端裝置(RTU)加上當(dāng)?shù)乇O(jiān)控(監(jiān)視)系統(tǒng)(又稱"當(dāng)?shù)毓δ?);再配上變送器、遙信轉(zhuǎn)接、遙控執(zhí)行、UPS等屏柜組成。RTU時，可省去變送器屏柜。站內(nèi)保護(hù)裝置的信息可通過遙信輸入回路(即硬件方法)進(jìn)人RTU，亦可通過串行口按約定的規(guī)約通信(即軟件方法)并人RTU。此模式適合于從35kV至5OOkV的各種電壓等級不同規(guī)模的變電站。根據(jù)用戶的不同層次的要求，其當(dāng)?shù)毓δ艿呐渲每梢允且慌_PC機(jī)，也可以是一個完整的雙前置雙主機(jī)雙工作站的監(jiān)控系統(tǒng)。電網(wǎng)某主力電廠采用RD-800系統(tǒng)和GR-gO型RTU，實(shí)現(xiàn)了22OkV升壓站的網(wǎng)控系統(tǒng)自動化，該模式保留了RTU的功能和二次回路設(shè)計；2）老站改造模式：模式采用RS-485星形結(jié)構(gòu)，構(gòu)成廿布式的RTU，其特點(diǎn)是不增加屏柜位置，不需改動原有二次回路，適用于老站改造。這類產(chǎn)品有GR-90和MWY-C3A分布式RTU等；3）集中配屏模式：模式是目前國內(nèi)新建變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)用最多的一種模式，并已取得了較成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。大部分廠家的產(chǎn)品均屬此類，其中應(yīng)用較多的有DISA-3、BJ-l、IES、XWJK-1000A等型。該模式與傳統(tǒng)模式相比，最大的區(qū)別在于將RTU的遙控、信號、測量、電度、通信等功能分別組屏，而由一個或兩個總控單元通過串行通信口(RS-232、422、485)與各功能單元(屏柜)以及微機(jī)保護(hù)、故障錄波、上位機(jī)等通信。其特點(diǎn)是將控制、保護(hù)兩大功能作為一個整體來考慮，二次回路設(shè)計大為簡化；4）全分散式：模式主要特點(diǎn)是以一次主設(shè)備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/0、閉鎖、保護(hù)等單元分散，就地安裝在一次主設(shè)備(屏柜)上。站控單元(在主控室內(nèi))通過串行口(光纖通信)與各一次設(shè)備屏柜(在現(xiàn)場)相連，并與上位機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。具體實(shí)施又分為兩種模式:保護(hù)相對獨(dú)立，控制和測量合一，如西門子等公司的產(chǎn)品；保護(hù)、控制和測量合一，如ABB、MerlinGehn等公司的產(chǎn)品；5）局部分散式：模式綜合了集中式與分散式的特點(diǎn)，采用了分散式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而控制和保護(hù)仍集中配屏。通常將集中配屏安裝在分散的設(shè)備小間內(nèi)，設(shè)備小間在一次設(shè)備附近，根據(jù)變電站的電壓等級和規(guī)?？稍O(shè)數(shù)個設(shè)備小間，就近管理，節(jié)省電纜。此模式可用于各種電壓等級的變電站，尤其適用于22OkV及大型的5OOkV站，此類產(chǎn)品有DISA呵、FDK、iES-70等型。技術(shù)性能要求Ï變電站自動化作為電網(wǎng)調(diào)度自動化的一個子系統(tǒng)應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動化的總體設(shè)計，其自動化系統(tǒng)的配置、功能，包括設(shè)備的布置，應(yīng)滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和信息分層傳送及信息共享的原則。Ï分散式系統(tǒng)的功能配置宜采用下放的原則，凡可以在間隔層就地完成的功能，如保護(hù)、備用電源自投、電壓控制等，就不要通過網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)去完成。22OkV樞紐站及22OkV以上電壓的變電站，其網(wǎng)絡(luò)層和站級層宜采用雙重化、冗余配置，以提高系統(tǒng)可靠性。Ï按我國的實(shí)際情況，目前變電站還不大可能完全撤人，即使完全撤人，也有一個現(xiàn)場維護(hù)調(diào)試和應(yīng)急處理的問題，因此設(shè)計時應(yīng)考慮遠(yuǎn)方與就地控制操作并存的模式。同樣，保護(hù)單元亦應(yīng)具有遠(yuǎn)方和就地切斷、在線修改整定值的功能，以遠(yuǎn)方為主，就地為輔，并應(yīng)從設(shè)計制造上保證同一時間只允許其中一種控制方式有效。Ï站內(nèi)自動化及無人值班站的接人系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)從技術(shù)上保證硬件接口滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的支撐軟件符合150開放系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)、通信規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義、格式、編寫、地址等與相應(yīng)的電網(wǎng)調(diào)度自動化保持一致，以適應(yīng)電力工業(yè)信息化的發(fā)展要求。Ï要積極而慎重地惟行保護(hù)、測量、控制一體化設(shè)計，確保保護(hù)功能的相對獨(dú)立性和動作可靠性，分布式系統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展策略順序事件(SequenceOfEvents，SOE)記錄分辨率可通過保護(hù)單元來實(shí)現(xiàn)。保護(hù)、測量、控制原則上可合用電壓互感器（P.T），對電量計費(fèi)、功率總加等有精度要求的量可接量測電流互感器（C.T），供監(jiān)測用的量可合用保護(hù)C.T。Ï變電站自動化設(shè)計中應(yīng)優(yōu)先采用交流采樣技術(shù)，減輕C.T、P.T的負(fù)載，提高測量精度。同時，可取消光字牌屏和中央信號屏，簡化控制屏，由計算機(jī)承擔(dān)信號的監(jiān)視功能，使任一信息做到一次采集、多次使用，提高信息的實(shí)時性、可靠性，節(jié)省占地空間，減少屏柜、二次電纜和設(shè)計、安裝、維護(hù)工作量。Ï目前，無論國內(nèi)還是國外的分散式變電站自動化系統(tǒng)，各部件之間的聯(lián)系絕大部分采用串行口通信方式(RS-232C、42入485總線等)，其通信速率和資源共享程度均受到限制。故建議采用局域網(wǎng)(LAN)通信方式，尤其是對等(PeerToPeer)網(wǎng)絡(luò)，如總線型網(wǎng)(介質(zhì)共享型網(wǎng)上每個節(jié)點(diǎn)都可與網(wǎng)上其他節(jié)點(diǎn)直接通信。Ï變電站內(nèi)由于存在強(qiáng)大的電磁場干擾，從抗電磁干擾角度考慮，在選擇通信介質(zhì)時可優(yōu)先采用光纖通信方式，這一點(diǎn)對分散式變電站自動化系統(tǒng)尤為適用。如LSA-678，DlSA-2、3型等均采用了光纖通信方式。但鑒于光纖安裝維護(hù)復(fù)雜及費(fèi)用相對較高，因此配電站宜以電