45国产分散控制系统在火力发电厂的应用

2008年全国发电厂热工自动化专业会议论文集--1172国产分散控制系统在火力发电厂的应用张健(华能淮阴电厂江苏淮安223001)摘要：本文从火力发电厂分散控制系统（DCS）使用者的角度出发，根据国产分散控制系统在火力发电厂的发展现状，结合国产分散控制系统的特点，提出国产分散控制系统应以辅助车间控制系统为突破口，实现辅助车间控制系统DCS化，进而实现全厂控制的一体化。关键词：分散控制系统（DCS）主厂房控制系统辅助车间控制系统一体化1国产分散控制系统（DCS）在火力发电厂使用现状1.1国产分散控制系统（DCS）在主厂房控制中的使用从1985年开始,我国火力发电厂(以下简称电厂)开始尝试使用分散控制系统（DCS）,经过多年的使用，满足了大机组的运行要求，从根本上解决了电厂的控制问题，从而得到大面积推广。由于历史原因，早期DCS均为进口产品。国产DCS从90年代才在电厂开始使用，利用其价格低廉的优势，从机组的改造和小机组做起，逐步积累经验和改进技术，发展至今已取得了长足的进步，技术上已日趋成熟。目前300MW及以下等级机组基本使用国产DCS，并已在600MW等级机组上逐步得到推广，而600MW以上机组的DCS基本仍为进口DCS。这是因为国产DCS尚无大容量高参数机组的控制经验，不熟悉其控制策略；国产DCS虽然质量提高很快，满足了电厂的使用要求，但与进口产品相比总体上还有一定差距，还要进一步提供质量，提高产品可信度。大容量高参数机组要求的对系统安全性的要求更高，我国对大容量高参数机组的各项技术尚处在消化吸收阶段，DCS采用有与同类机组配套业绩的进口系统，国产DCS在没有同等级机组业绩支持的情况下，在短期内很难为电厂所接受，连参加招标的资格都没有，空有价格优势却无法发挥。国产DCS在电厂的控制范围也在逐步扩大，最初仅涵盖数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)。经过多年的应用，通过自身实践和向进口DCS学习，取得了成熟的经验，逐步深入和扩大了功能和应用范围。过去仅限于锅炉、汽机的热工过程，目前已应用到电气的发电机组的发电、配电、供电过程。DCS成套商也逐渐掌握了过去由专业公司设计供货的炉膛安全保护系统(FSSS)、汽轮机数字电液控制系统(DEH)等技术，使DCS的功能做到能覆盖整个发供电过程，已基本实现了主厂房控制的一体化。1.2国产DCS在辅助车间控制系统中的使用国产DCS在辅助车间控制系统中的使用仍处于起步阶段。国产DCS在辅助车间控制系统中的使用最初来自于电厂的自发要求，来自于老厂改造。当一个电厂主厂房DCS改造取得了成功，设备运行稳定，维护量大大减少时，辅助车间的一个个可编程控制器（PLC）就象一个个黑匣子，困扰着热工维护人员。而大量的就地操作，多个监控点，也需要大量的运行维护人员，电厂要实现减人增效，必须在辅助车间控制系统上进行改造，提升设备水平。与设计院考虑采用可编程控制器的网络化来实现辅助控制的一体化不同，一些电厂从主厂房DCS改造的成功想到了采用国产DCS来构2008年全国发电厂热工自动化专业会议论文集--1173成辅助车间控制系统，国产DCS既然能胜任主厂房控制，为什么不能在辅助车间控制系统中使用呢？且国产软件界面友好，易于掌握。特别是国产DCS相比进口PLC已具有价格优势。在此情况下在90年代末开始全国有多家电厂进行了辅助车间控制系统的DCS改造并取得了良好效果，如芜湖电厂化水系统DCS改造，华能淮阴电厂辅助系统DCS改造等。国产DCS进入新建机组辅助车间控制系统是在2005年，国产DCS真正进入电厂新建机组辅助车间控制系统得益于全厂一体化概念（用一套控制系统实现全部控制功能）的深入人心，得益于电厂的积极支持，得益于国产DCS厂商市场意识的觉醒。一些国产DCS厂商在电厂的引导下，进入了原来为PLC所把持的辅助车间控制系统的市场，通过改造，积累了经验，发现对DCS而言这是一个巨大的新兴市场（一套辅助DCS的IO点数至少与一台机组相当）。一些电力集团也敏锐的意识到这也许是竞争的一个有利因素，它可以有效的减轻设备维护量，减人增效，所以也有意识的推动全厂一体化的进程。到目前为止，主要国产DCS厂商均已具有新建电厂辅助车间控制系统的业绩，迈出了最重要也是最艰难的一步。在2004年华能淮阴电厂的辅助车间控制系统招标中曾采用DCS和PLC均入围投标的方式，由于传统观念的影响，造成华能淮阴电厂与全国首套新建机组辅助DCS失之交臂，看着主厂房DCS运行稳定，辅助车间控制系统PLC已多次联系厂家来人处理问题的现状，现在想来仍觉遗憾。1.3国产DCS脱硫控制系统在脱硫控制中的的使用由于社会的进步，环境保护意识的提高，脱硫系统已成为新建电厂的标准配置，而老机组也将逐步进行脱硫改造。由于脱硫系统为新生事物，设计院设计的起点较高。一般考虑为脱硫设置专门的控制室，脱硫控制系统要求采用DCS控制并与单元机组DCS采用同一硬件，保留主厂房和脱硫控制系统联网的可能。在此原则下，当主厂房为国产DCS时，脱硫控制系统一般为国产DCS；当主厂房为进口DCS时，脱硫控制系统一般为进口DCS，也有电厂从节约成本考虑，采用主厂房进口DCS脱硫国产DCS的方案。2国产分散控制系统（DCS）在火力发电厂发展前景2.1在主厂房控制方面，国产分散控制系统（DCS）应巩固主厂房DCS已占领的阵地，向大容量高参数机组发展。主要方法是提高产品质量，苦练内功，以一流的产品质量，逐步得到用户的认可。要消化吸收大型机组的控制策略和指导思想，当大机组进口DCS进入老化周期时，积极介入机组的DCS改造，通过改造吸收先进技术为我所用；保持国产DCS在软件和价格上的优势。充分利用我国人力资源的优势发展软件，使之好用易用。在功能差不多的情况下，价格就是最好的武器，要继续保持价格优势，推动DCS在电厂的发展；在国内市场相对饱和的情况下，有意识的向国外输出系统和技术，推进国产DCS的全球化进程。2.2在辅助控制方面，在火力发电厂应以辅助车间控制系统DCS化为突破口，推动国产DCS在电厂的全面使用。2.2.1国产DCS进入辅助车间控制系统的市场有其天生的优势，有其必然性：1）辅助车间控制系统的网络化为DCS在辅助控制中的应用提供了契机。进入新世纪以来，辅助控制网络化成为主流，设计院一般的设计方案为：使用中大型PLC构建独立的辅助控制系统，设计独立的辅助控制室，并下设煤、灰、水三个控制点。具体实现方式是由各辅助工程集成商采用PLC实现各分系统的控制功能，再由另外的做网络的厂家把整个辅助控制网络联成一体。具体监控方式可根据机组数量和电厂要求进行调整。比如华能淮阴电厂虽然设有完整的辅助控制网络，但由于机组较多仍设有输煤控制室、化水控制室、脱硫和除灰监控点合并设计一2008年全国发电厂热工自动化专业会议论文集--1174个控制室，较好的完成了监控要求。如对只有两台机组的电厂监控点可进一步合并，现在激进的已有将所有监控点均纳入采用一个控制室的方案，极大程度的减人增效。构建大型的网络化的控制系统正是DCS的强项，可以说，由于辅助控制的一体化，才促使了DCS在辅助车间控制系统中得到使用。2）从性能上说DCS相对PLC有较大优势。计算机技术的发展，PLC、DCS互相渗透，PLC可以通过双网冗余双机热备在功能上向DCS靠近，可构成“集中管理、分散控制”的控制系统，满足了生产过程自动化系统的发展一般要求，采用PLC来构成辅助车间控制系统就是其发展的具体体现。而DCS的系统性、安全性更强，有很强的数据管理和报表功能，更适合构成较大的系统，能满足电厂使用中的一些特殊要求。DCS各项性能指标绝大部分都优于PLC。DCS系统的软件功能更强，响应速度更快。由于采用的操作员站地位同等，可以在一个地方实现对整个辅助系统的监控。采用DCS还可使系统构成相对简化，有利于检修和维护。而PLC系统很难实现I/O卡件级的冗余。随着远程I/O技术的使用和DCS硬件可靠性的提高，DCS也不需要放置在专门的空调机房，可以分散布置在靠近设备的地方，可以和电气控制柜放在一起，不需要特殊照顾。3）国产DCS使用维护更加方便、服务更好。国产DCS的软件方面很大优势，国产软件软件组态修改方便，全中文环境，易与理解和掌握，出现问题也容易发现。而进口PLC的软件设计复杂，学习起来难度很大，不易为电厂所掌握，甚至负责组态工作的程控厂商对有些东西都是一知半解，经常还需要PLC代理商的技术支持。由于国产DCS多年来一直处于争市场的定位，服务周到是其一贯的优势，出现现场解决不了的问题，一般都能及时到厂，且由于DCS厂商对自己产品都有即深入了解，大部分问题通过电话沟通就能解决。而PLC承包商由于公司相对较小，人员也少，出了问题一般服务不够积极，就算能积极响应，但由于其自身对系统的掌握也存在一定的问题，出了问题往往不能迅速得到处理，华能淮阴电厂辅助车间控制系统几次缺陷厂家均不能及时处理，甚至在厂家到厂后仍不能解决就是一个最好的说明。4）采用国产DCS具有价格优势。随着对电厂灰、水等辅助车间控制系统控制要求的提高，要求PLC控制系统双网冗余，双机热备，并设若干个上位机站。采用PLC的话必须要选择Modicon的昆腾系列或A-B等公司的大型PLC。PLC系统原有的价格优势随着系统的扩展和提升而荡然无存。从电厂招标的结果来看，进口PLC系统的价格已高于国产DCS系统。国产DCS的备件价格也很便宜。当电厂采用全厂一体化方案时，由于标的巨大，也促使DCS厂商大幅度的让利于电厂。只要承认DCS能够在电厂辅助系统使用，当大家都能用的情况下，谁的价格低，谁就将取得最终的胜利。5）国产DCS具有易于扩展的优势：国产DCS扩展成本低，由于国产DCS软件除使用windows平台外，其它软件均为自行开发，随硬件提供电厂使用，不收取费用，当电厂改造需增加新系统时增加监控时仅需采购硬件即可。而由PLC所构成的系统采用进口软硬件，软件按套按点收钱，并由于是小量采购，价格昂贵。虽然一般设计院在招标时均要求数据库点数、控制软件的点数均有较大冗余，但由于成本原因，一般投标商均不能响应（或为口头响应），电厂往往在设备需要改造时才发现如不重新购买软件，系统仅能实现少量IO点的增加，不能进行大的系统扩充。6）能够实现减人增效。使用DCS组成辅控系统将使电厂实现全厂一体化或辅控和脱硫的一体化，由于一体化所带来的运行维护上的巨大好处，电厂属于积极的支持者，DCS一体化使得热工人员只要面对同一人机界面及掌握一套控制系统，极大提高处理问题的能力，减轻了工作量，避免了缺陷的扩大化，提高消缺率。由于系统构成相对简单，热控维护人员也相应减少，可达到减人增效的目的。2.2.2国产DCS进入辅助车间控制系统市场需克服的劣势2008年全国发电厂热工自动化专业会议论文集--11751）传统观念的影响进口PLC在辅助车间控制系统经过多年的使用，已成为传统，现在在电厂辅助车间控制系统上仍处于统治地位。至今大多数人认为辅助车间控制系统就应当用PLC来搭建，排斥DCS在辅助车间控制系统上的使用。进口PLC为了保住这个市场，会进行针对性的宣传。甚至有一定辅助系统业绩的国产DCS厂商也没有认识到其中巨大的商机，没有提高重视，所做的工程往往是被动的适应电厂的要求而为，没有积极推动国产DCS在辅助车间控制系统的发展。2）传统利益的影响围绕进口PLC在辅助车间控制系统上的使用，已形成了完整产业链，涉及到PLC生产厂家、产品代理商、程控厂家等。特别是PLC的生产厂家，由于其产品竞争极少（大规模使用的仅有两三家产品），他们长期享受着垄断利润，必不甘利益受损，也会进行游说反对DCS进入辅助车间控制系统的市场。3）规划设计方面的影响由于采用DCS构建辅助车间控制系统属于DCS发展的新领域，规划和设计还存在滞后，特别是设计院，如采用DCS构建辅助车间控制系统，将使原来的设计习惯有较大改变，原来辅助控制系统的图纸有很大部分是依赖于程控厂家来完成，遇到配合好的程控厂家，甚至只要把图纸简单修改一下就成为设计院的图纸。而