DCS立功十余載 如今成雞肋？

      導(dǎo)讀：1975年美國霍尼韋爾(HoneyWell)**套分布式控制系統(tǒng)TDCS-2000問世以來，分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，以其高度的可靠性、方便的組態(tài)軟件、豐富的控制算法、開放的聯(lián)網(wǎng)能力，逐漸成為過程工業(yè)自動控制的主流系統(tǒng)。
　　
　　迄今，全世界數(shù)百家廠商已經(jīng)開發(fā)了各種類型的分布式控制系統(tǒng)1500余種，DCS以其先進(jìn)、可靠、靈活和操控簡便以及合理的價格而得到廣大工業(yè)用戶的青睞，廣泛應(yīng)用于冶金、電力、化工、石油和造紙等工業(yè)領(lǐng)域。
　　
　　在過去的十多年里，DCS廈門宇電無紙記錄儀oqjbfed.cn/在火電廠的廣泛應(yīng)用極大地提高了火電廠自動化水平。
　　
　　1.火電廠DCS應(yīng)用所取得的成績和存在的問題
　　
　　在過去的十多年里，DCS在火電廠的廣泛應(yīng)用極大地提高了火電廠自動化水平。
　　
　　(1)作為機組監(jiān)視和控制的主要手段。在機組分部試運行和整機啟動調(diào)試過程中，DCS已經(jīng)能發(fā)揮作用，加速了機組安裝調(diào)試的進(jìn)程；機組正式移交生產(chǎn)時保護(hù)和控制系統(tǒng)的主要功能均已能投入使用；為確保機組**經(jīng)濟(jì)運行作出了貢獻(xiàn)。
　　
　　(2)廣大運行人員已經(jīng)開始熟悉和信任CRT/鍵盤操作方式，并正在逐步擺脫對常規(guī)儀表和控制設(shè)備的依賴。300MW及以上火電機組均實現(xiàn)了單元集中控制，在單元控制室里實現(xiàn)對機組正常運行的監(jiān)視和控制；在就地配合下，完成機組的啟停操作和事故處理，為逐步過渡到機爐電統(tǒng)一操作創(chuàng)造了條件。
　　
　　(3)電廠輔助生產(chǎn)車間和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(如輸煤、除灰、化水等)均采用微機型可編程控制器，實現(xiàn)順序控制。
　　
　　(4)DCS完全依賴國外進(jìn)口的局面正在開始改變，國內(nèi)自動化儀表制造行業(yè)和電廠自動化研究單位通過技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)合作，在工程實踐中逐漸積累經(jīng)驗，已經(jīng)能獨立承擔(dān)DCS系統(tǒng)組態(tài)和應(yīng)用軟件設(shè)計、現(xiàn)場調(diào)試和培訓(xùn)工作，為降低DCS的造價作出了貢獻(xiàn)。
　　
　　但是，同發(fā)達(dá)國家相比，還存在以下幾方面明顯的差距：
　　
　　(1)盡管隨著調(diào)試、運行經(jīng)驗的積累，DCS的可靠性已經(jīng)大大改善，但是DCS使用中的隱患依然存在，硬件故障率高，死機現(xiàn)象、冗余切換故障等仍然時有發(fā)生。某些DCS的功能，如性能計算、機組自啟停、組級順控邏輯、操作指導(dǎo)等，在許多電廠中還未能投入，DCS在提高機組經(jīng)濟(jì)性方面的效能還沒有充分發(fā)揮出來。由于缺乏切實可行的測試方式和手段，有些DCS性能指標(biāo)無法進(jìn)行考核和驗收，許多性能指標(biāo)遠(yuǎn)沒有達(dá)到。
　　
　　(2)DCS主要依靠進(jìn)口，國產(chǎn)化進(jìn)程跟不上DCS技術(shù)發(fā)展和更新的速度，由于DCS市場競爭激烈，價格被壓得很低，DCS供應(yīng)商在工程設(shè)計和應(yīng)用軟件開發(fā)方面均不可能有較大的投入。從而造成了DCS的性能不斷提高而應(yīng)用軟件停滯不前，先進(jìn)控制軟件不能推廣應(yīng)用的局面。
　　
　　(3)國內(nèi)大專院校和科研單位，在先進(jìn)控制軟件和優(yōu)化軟件開發(fā)方面，也取得了一些成果。但是，由于沒有同DCS制造廠密切結(jié)合，未能及時將研究成果產(chǎn)業(yè)化。
　　
　　(4)電廠自動化設(shè)計工作仍處于較低水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上DCS和控制技術(shù)的飛速發(fā)展。由于電廠采用DCS之后，控制邏輯均由計算機電力軟件完成，控制系統(tǒng)邏輯設(shè)計的大部分工作從電力設(shè)計院轉(zhuǎn)移至DCS制造廠，這意味著DCS制造廠應(yīng)對控制系統(tǒng)性能負(fù)主要責(zé)任，電力設(shè)計院智能調(diào)節(jié)器oqjbfed.cn/僅承擔(dān)編制技術(shù)規(guī)范書、提供基礎(chǔ)資料和控制要求、確認(rèn)DCS制造廠圖紙文件和安裝接線設(shè)計等工作。設(shè)計院往往忙于安裝接線設(shè)計，忽視對于控制邏輯圖的確認(rèn)和控制策略的研究，加上較少深入?yún)⑴c系統(tǒng)驗收和調(diào)試，久而久之，電力設(shè)計院在控制系統(tǒng)設(shè)計方面的技能和專長逐漸衰退，也無法對DCS技術(shù)有更深入的認(rèn)識，不能及時解決DCS調(diào)試和投運過程中遇到的問題。多年來DCS技術(shù)規(guī)范書一直未能作過實質(zhì)性修改和更新。
　　
　　(5)由于DCS市場競爭激烈，各DCS廠商的技術(shù)優(yōu)勢和市場份額也不斷變換，兼并和重組時有發(fā)生；而用國產(chǎn)DCS系統(tǒng)也有了一定發(fā)展；因此，迫切需要對推薦的DCS供應(yīng)商名單作適當(dāng)調(diào)整，并著手制定更靈活、更規(guī)范的DCS采購政策，使得技術(shù)上處于優(yōu)勢的DCS系統(tǒng)能盡快在我國火電廠得到應(yīng)用。
　　
　　2.火電廠自動化發(fā)展的新課題
　　
　　廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)，用戶選擇電廠是市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。面對電廠走向市場的嚴(yán)峻形勢，電力設(shè)計的任務(wù)不再僅僅是設(shè)計一個技術(shù)先進(jìn)或造價低廉的電廠，而應(yīng)當(dāng)是設(shè)計一個面向市場、具有競爭力的電廠。電廠自動化設(shè)計必須有新的思路和新的突破。
　　
　　2.1進(jìn)一步擴(kuò)大DCS的應(yīng)用范圍
　　
　　(1)為了使機爐電單元控制水平和單元控制室布置更加協(xié)調(diào)，真正過渡到機爐電統(tǒng)一操作，實施單元機組集控值班，把DCS的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到發(fā)電機—變壓器組和廠用電系統(tǒng)的控制，是合乎邏輯的發(fā)展。國家電力公司熱工廈門宇電巡檢儀oqjbfed.cn/自動化領(lǐng)導(dǎo)小組已決定加速電氣控制納入DCS的試點和推廣應(yīng)用的步伐。目前正在著手制定有關(guān)技術(shù)規(guī)定，研究解決電氣控制對DCS的特殊要求，廠用電公共系統(tǒng)控制方式、后備操作設(shè)置等問題。
　　
　　(2)在擴(kuò)大DCS應(yīng)用范圍時，盡管用DCS實現(xiàn)DEH、MEH和AVR、ASS及電氣保護(hù)等功能，在技術(shù)上不存在困難的，但考慮到這些系統(tǒng)對機組**運行的關(guān)鍵作用，以及傳統(tǒng)上是隨主機成套的現(xiàn)實情況，目前仍采用專用裝置為宜，但應(yīng)妥善解決與DCS的接口問題。
　　
　　(3)鑒于DCS正向開放系統(tǒng)發(fā)展，DCS與PLC正在相互滲透，兩者的互連問題已不再突出，這為在單元控制室實現(xiàn)電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控，減少輔助生產(chǎn)系統(tǒng)控制點創(chuàng)造了條件。電廠中的輔助生產(chǎn)車間和系統(tǒng)很多，如輸煤、除灰、補給水處理等，他們都有各自不同的工藝流程和控制要求，和不同的采購渠道和采購方式，而且各電廠對輔助生產(chǎn)系統(tǒng)也有不同的管理方式，因此對新建電廠，在設(shè)計初期就應(yīng)當(dāng)作好總體設(shè)計，合理確定電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的控制方式和控制點設(shè)置，明確DCS與PLC的接口方式，為實現(xiàn)輔助生產(chǎn)系統(tǒng)單元控制室監(jiān)控創(chuàng)造條件。
　　
　　2.2進(jìn)一步提高DCS的功能
　　
　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，DCS分散處理單元(控制器)的存貯能力、運算速度成倍提高，能完成更復(fù)雜的數(shù)值和邏輯運算。DCS正被賦予越來越強大的能力。
　　
　　近年來，國外在DCS應(yīng)用領(lǐng)域里，主要在以下幾個方面有所進(jìn)展：
　　
　　(1)擴(kuò)充了標(biāo)準(zhǔn)控制模塊(算法)庫，特別是增加了先進(jìn)控制模塊，如模型參數(shù)預(yù)估器、Smith控制器、模糊控制器、狀態(tài)變量控制器等，并已經(jīng)在電廠控制系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。
　　
　　(2)開發(fā)了許多專用的先進(jìn)控制軟件和優(yōu)化軟件，如Bailey公司開發(fā)的“燃燒控制優(yōu)化軟件”、“給水加熱器熱力優(yōu)化軟件”、“自由壓力運行(freepressureoperation)機爐協(xié)調(diào)制策略”；又如ABB和Siemens公司開發(fā)的機組優(yōu)化控制系統(tǒng)MODAN和NUC，以及采用凝結(jié)水節(jié)流的機組控制模塊(unitcontrolusingcondensatethrottling)都已經(jīng)取得了許多使用業(yè)績。
　　
　　(3)開發(fā)了許多機組性能診斷和性能優(yōu)化軟件，如OPTIMAX軟件包(ABB)；SR4機組性能分析和優(yōu)化軟件包Steag－ketek；TDY－DKW汽輪機效率分析軟件包(Siemens)；DEB500協(xié)調(diào)和自動化軟件包(MCS)等等。
　　
　　OPTIMA－MODI軟件包是一個專家系統(tǒng)，可以向操作員提供過程診斷信息，實現(xiàn)操作指導(dǎo)，該軟件已經(jīng)在美國Roxboro電廠使用。DEB500協(xié)調(diào)和自動化軟件是美國電力研究院和MCS公司共同開發(fā)的，用于改善調(diào)峰(cyclicoperation)機組的監(jiān)視和控制，以滿足熱電聯(lián)產(chǎn)電廠(cogenerator)和獨立發(fā)電廠(IPP—IndependentPowerProducers)迅速增加，廠網(wǎng)分開，對電廠自動化提出的新要求。
　　
　　DEB500軟件包包括三個部分：
　　
　　—電廠自動化協(xié)調(diào)器(Plant Automation Coordinator)
　　
　　—電廠過程制約協(xié)調(diào)器(Process Constraint Coordinator)
　　
　　—電廠評估監(jiān)視器(Plant Assessment Monitor)
　　
　　其中，電廠自動化協(xié)調(diào)器，包括了：
　　
　　—單相設(shè)備的控制算法
　　
　　—功能組控制算法
　　
　　—電廠啟停操作指導(dǎo)算法
　　
　　它可以適應(yīng)不同程度和范圍的自動化策略，從單個輔助設(shè)備的自動化直到用一個按鈕起動整套機組。該自動化協(xié)調(diào)器已經(jīng)在美國EnlergyslewisCreek電站1號、2號機組和Nelson電站4號機組使用。
　　
　　為了提高我國電廠DCS的應(yīng)用水平，我們應(yīng)當(dāng)加大應(yīng)用軟件開發(fā)的力度。首先，充分挖掘DCS的潛力，充分利用DCS所提供的控制模塊(算法)，設(shè)計出完善、先進(jìn)的控制邏輯，并適當(dāng)引進(jìn)國外先進(jìn)控制和優(yōu)化軟件，組織消化吸收，以便洋為中用。對于國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)成功的應(yīng)用軟件，應(yīng)適當(dāng)創(chuàng)造條件在實際工程中采用，以加速產(chǎn)業(yè)化。
　　
　　2.3關(guān)于DCS采用物理分散布置和現(xiàn)場總線技術(shù)
　　
　　在80年代中期，物理分散曾作為DCS的主要優(yōu)點被大肆渲染過，但在我國大多數(shù)火電廠并未采納物理上全分散的方案或僅采用了部分遠(yuǎn)程I/O廈門宇電溫控儀oqjbfed.cn/。原因是DCS制造廠和電廠都希望電子設(shè)備能工作在較好的環(huán)境下；電廠考慮檢修調(diào)試方便，都不愿意承擔(dān)物理分散帶來的風(fēng)險。
　　
　　如今，減少電纜費用，從而降低工程造價的呼聲越來越高，加上DCS硬件可靠性和環(huán)境承受能力不斷提高，系統(tǒng)通訊技術(shù)不斷發(fā)展，DCS硬件物理分散布置方案又成了人們關(guān)注的熱點。筆者認(rèn)為DCS物理分散方案不應(yīng)當(dāng)一哄而上，應(yīng)當(dāng)對當(dāng)前DCS在電廠應(yīng)用情況和DCS硬件對環(huán)境的要求，作深入調(diào)查之后逐步實施。目前，可以首先擴(kuò)大遠(yuǎn)程I/O的使用范圍。大多數(shù)DCS遠(yuǎn)程I/O模塊的工作環(huán)境溫度為0～50℃(個別系統(tǒng)可達(dá)0～60℃或0～70℃)。各DCS遠(yuǎn)程I/O柜防護(hù)等級也不盡相同，因此，遠(yuǎn)程I/O的安裝地點應(yīng)在設(shè)計中精心地選擇，既要盡可能接近測點或被控設(shè)備，又要有較好的環(huán)境條件，必要時機柜應(yīng)當(dāng)加裝空調(diào)或通風(fēng)設(shè)施。另外，可將電子設(shè)備室分成幾個，將控制器(或分散處理單元)分散布置，以達(dá)到減少電纜的目的。
　　
　　DCS物理分散方案，可以同現(xiàn)場總線(fieldbus)技術(shù)的應(yīng)用密切結(jié)合?，F(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表設(shè)備(智能型，帶通訊接口)與控制器之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向的通訊系統(tǒng)。
　　
　　采用現(xiàn)場總線技術(shù)，可以提高系統(tǒng)精度，改善控制品質(zhì)，簡化控制系統(tǒng)機柜，大量減少電纜，便于調(diào)試和維修。有資料估計，與常規(guī)系統(tǒng)比較，采用現(xiàn)場總線技術(shù)，可使電纜、調(diào)試和維修成本節(jié)省約40％以上。
　　
　　現(xiàn)場總線技術(shù)的關(guān)鍵是：制定國際現(xiàn)場總線通訊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)各種自動化產(chǎn)品——傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動裝置及控制軟件。由于種種技術(shù)和商業(yè)上的復(fù)雜因素，現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)至今沒有出臺，而處于眾多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)并存的局面。但是由于現(xiàn)場總線技術(shù)誘人的優(yōu)越性，現(xiàn)場總線產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用依然取得了很大的進(jìn)展。
　　
　　目前世界上現(xiàn)場總線有40多種，影響較大或應(yīng)用業(yè)績較多的有：
　　
　　—FF(FieldbusFundation)
　　
　　—Profibus
　　
　　—WorldFIP
　　
　　—LONWORKS
　　
　　—CAN
　　
　　其中，PROFIBUS已經(jīng)成為德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)。支持該標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，已有1500種(包括芯片、軟件、測試工具)，在市場上占有較大份額，截止1998年6月在全世界已安裝200萬臺PROFIBUS產(chǎn)品。PROFIBUS在我國火電廠也有應(yīng)用實例，主要是用于連接遠(yuǎn)程I/O和電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)中的PLC。
　　
　　由于現(xiàn)場智能化儀表價格較高，現(xiàn)場總線技術(shù)在電廠使用業(yè)績較小，現(xiàn)場總線技術(shù)在我國火電廠中的推廣應(yīng)用尚需時日。但是，現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)，給自動化儀表領(lǐng)域帶來了又一次**，基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)(FCS—FieldbusControlSystem)在不久的將來必將取代傳統(tǒng)的DCS。因此，我們也應(yīng)當(dāng)積極跟蹤現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，有步序地在火電廠中應(yīng)用。在目前現(xiàn)場儀表設(shè)備不完全具備現(xiàn)場總線通訊接口的情況下，可首先采用現(xiàn)場總線連接遠(yuǎn)程I/O或PLC，在電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)中加以推廣。
　　
　　2.4加速電廠管理自動化的進(jìn)程，提高電廠綜合自動化水平
　　
　　目前電廠自動化設(shè)計主要針對電廠工藝過程的控制和監(jiān)視，即過程自動化，這無疑是十分重要的，電力買方市場的形成，要求不僅能保證電廠**滿發(fā)，還應(yīng)當(dāng)千方百計降低運行和維護(hù)費用，縮短檢修時間，提高設(shè)備使用壽命，合理利用電廠資源，因此電廠管理自動化水平必須大力提高。
　　
　　近年來，許多電廠自行增加了MIS(ManagementInformationSystem)或電廠管理系統(tǒng)(PlantManagementSystem)，實現(xiàn)實時信息、檔案資料、設(shè)備維修、財務(wù)、人事管理以及辦公室自動化。由于MIS是在投產(chǎn)后添加的，其同已有控制系統(tǒng)的接口難以做到完善和規(guī)范。為了適應(yīng)工廠管理自動化的要求。國外不少DCS廠家已經(jīng)開發(fā)了許多MIS功能軟件，如Siemens公司的電廠管理軟件BFS＋＋，Bailey—Hartmann—Braun公司的ContronicMPMS，已在許多電廠中得到應(yīng)用。許多DCS在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上也增加了電廠管理層，以實現(xiàn)與MIS的無縫連接，這些都為實現(xiàn)電廠MIS功能創(chuàng)造了條件。因此，應(yīng)將MIS納入電廠自動化設(shè)計范圍，綜合考慮電廠過程自動化和電廠管理自動化，并引進(jìn)和開發(fā)電廠性能優(yōu)化軟件、設(shè)備管理軟件以使電廠管理水平有實質(zhì)的改善。
　　
　　另外，為適應(yīng)電廠競價上網(wǎng)的要求，電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度將從EMS直接控制機組轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂齐姀S，由電廠按各機組的運行情況分配負(fù)荷，完成電廠負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配任務(wù)。這也是應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究的課題。
　　
　　3.改進(jìn)火電廠自動化設(shè)計之我見
　　
　　面對電力工業(yè)新形勢和技術(shù)高度發(fā)展所提出的新挑戰(zhàn)，電廠自動化設(shè)計工作應(yīng)當(dāng)在以下幾個方面有所前進(jìn)：
　　
　　(1)不斷跟蹤DCS技術(shù)發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線技術(shù)流量積算儀oqjbfed.cn/的發(fā)展。研究先進(jìn)的控制理論和策略在電廠中的應(yīng)用，消化和吸收國外的先進(jìn)控制算法和優(yōu)化控制軟件。在深入學(xué)習(xí)大型機組運行操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，探索和開發(fā)符合中國國情的機組控制策略和軟件。
　　
　　(2)學(xué)習(xí)和研究燃?xì)廨啓C和聯(lián)合循環(huán)電廠以及循環(huán)流化床鍋爐控制技術(shù)。
　　
　　(3)根據(jù)技術(shù)發(fā)展和電廠需要，修改和更新DCS技術(shù)規(guī)范書，制定適合國情的DCS的評標(biāo)辦法，規(guī)范DCS的招標(biāo)和采購工作。
　　
　　(4)大力研究控制室設(shè)計，解決電氣控制進(jìn)DCS、應(yīng)用大屏幕顯示、減少和取消常規(guī)儀表等給控制室設(shè)計帶來的新問題。改善電纜和設(shè)備布置設(shè)計，以適應(yīng)DCS物理分散的要求。
　　
　　(5)把MIS設(shè)計納入電廠自動化設(shè)計范圍，在總結(jié)現(xiàn)有電廠MIS使用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，編制MIS技術(shù)規(guī)范書。研究由于電廠競價上網(wǎng)對電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)、電廠負(fù)荷分配和機組負(fù)荷分配和機組負(fù)荷控制等方面所提出的新問題。
　　
　　(6)改善設(shè)計管理，促進(jìn)專業(yè)重組
　　
　　目前，我國電力設(shè)計院的管理模式和專業(yè)設(shè)置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)電廠自動化的發(fā)展，必須盡快進(jìn)行改革和重組。這包括與自動化有關(guān)的專業(yè)重新優(yōu)化組合，重新規(guī)定各專業(yè)的工作分界線，以利于電廠綜合自動化水平的改善以及設(shè)計深度和質(zhì)量的提高。