DEH 系統調研報告

DEH系統調研報告一、汽輪機控制系統發(fā)展歷史汽輪機控制發(fā)展的歷程：機械液壓式調速系統、全液壓式調速系統、模擬式電液調速系統、電液并存操作系統以及發(fā)展到現在普遍采用的數字式電液調速系統DEH。特別是4C（計算機技術、網絡技術、通訊技術、控制技術）技術的發(fā)展，實現了汽輪機控制系統的自動化。目前，數字式電液調速系統DEH已成為汽輪機組，特別是150MW以上機組控制系統的主流。二、陽城電廠汽輪機控制系統現狀目前陽城電廠擬建2*150MW汽輪機組，采用DEH與DCS配套的控制系統。由于控制系統未設計，目前還處于設備調研階段。為了實現機、電、爐控制的一體化，減少不同系統之間的通訊問題，提高系統的可靠性，我們主張采用DCS和DEH一體化結構。（一）采用一體化結構有兩種配置方式：1、汽輪機廠家購買DCS廠家的DEH控制部分，自己根據汽輪機特性進行組態(tài)和技術參數設定。2、由汽輪機廠家配合，DCS廠家對汽輪機廠的家DEH控制系統進行組態(tài)和相關技術參數設定。第一種方案更好一些，因為汽輪機廠家更了解自己的汽輪機特性、運行方式和技術特點，能夠進行最優(yōu)組態(tài)和設置最佳運行方式。第二種方案就要增加兩者之間的協調，有可能協調不充分造生遺漏。（二）實現DCS和DEH一體化的優(yōu)點在于：1、信息和資源的共享，受控范圍內的DCS各子系統（包括DEH）均有同一種DCS系統硬件一體化構成，所有子系統均掛在同一實事數據高速公路上，子系統之間不需要網關，可直接共享數據庫的信息和資源。2、所有分布式處理單元均有相同的控制器構成，都具有相同的數據采集、回路控制和邏輯控制等功能，具有相同的通信方式，確保以太網上通信方式一致。3、DCS系統的所有操作員站具有完整的監(jiān)控功能，各操作員站有相同的硬件配置和軟件平臺，任何一個操作員站上均可進行。諸如鍋爐點火、汽輪機沖轉、發(fā)電機同期并網等操作。4、DCS系統的所有工程師站可以對系統內各子系統進行組態(tài)和調試，采用相同組態(tài)工具和算法庫，可以實現所有子系統的應用功能組態(tài)。減少工程師站的布置。5、提供OPC、API、DDE接口，能夠進行無縫連接。三、DEH系統控制功能及控制策略、自動調節(jié)系統功能（一）自動調節(jié)系統功能、1、升速控制.根據機組熱狀態(tài),可控制機組按經驗程序曲線完成沖轉、自動升速、摩擦檢查、過臨界轉速區(qū)、暖機，直到3000r/min。2、同期并網.可與自動準同期裝置AGC配合，將機組轉速調整到電網同步轉速，以便迅速完成并網操作。在同期網帶初負荷后，機組改為閥位或負荷閉環(huán)控制，機組將依據閥位指令或負荷指令通過DEH

控制系統自動控制機組升降負荷一滿足電網的要求。3、閥控方式。運行人員通過CRT設置目標閥位或按增、減按鈕改變總閥位給定值，來調整機組負荷。4、功控方式。根據運行人員設置的目標負荷和負荷變化率自動調整機組負荷。5、壓控方式。根據司機設置的目標主汽壓力，自動調整主汽壓力。6、一次調頻。速度不等率在3%～6%內連續(xù)可調。功控、閥控均具有一次調頻能力。（二）限制控制功能、1、超速限制。轉速超過3090r/min時，關調門。當轉速小于3060r/min時，控制系統恢復正常；油系統跳閘時，目標轉速給定等于3000r/min，調門在OPC電磁閥控制下立即關2s后控制恢復正常。2、閥位控制?？傞y位給定應小于閥位限制值。當閥位限制值變小后，總閥位給定以6%/min的速率減到此限制值。此外，還有高負荷限制、主汽壓力低限制、快卸負荷、低真空負荷限制。（三）保護控制功能1、緊急手動機組在并網運行工況下，DEH裝置出現需要停機處理的故障時，控制裝置可以自動將自動控制轉為緊急手動控制狀態(tài)，運行人員可通過硬操盤的調門增、減按鈕，直接通過伺服模塊控制調門開度。在升速工況出故障時，自動停機，不能投緊急手動。2、系統狀態(tài)監(jiān)視在CRT上設置有故障報警光字牌，可方便地查到報警項。打開、跳閘、快關等重要信號具有SOE功能，事件分辨率為1ms。次外，保護控制功能還有超速保護、機械超速保護、電氣超速保護等。（四）實驗系統功能假并網試驗、超速試驗、閥門活動試驗、閥門嚴密性試驗、高壓遮斷模塊

試驗、OPC快關門試驗、離線仿真試驗等?？刂葡到y系統比較分析。四、各廠家DEH控制系統比較分析目前汽輪機招標已基本完成，還沒有具體選擇那家主機。在DEH中，EH是機械液壓部分，重要的控制部分布置在電子間內，其裝置和DCS系統一樣。這次針對其技術特點、可靠性展開調研，汽輪機轉速控制范圍及精度、負荷控制精度、速度不等率、系統遲緩率、平均無故障運行時間等屬于汽輪機的范疇，DEH系統廠家能夠提供符合汽輪機可靠運行的技術要求。國內電廠汽輪機DEH

控制系統主要是：FOXBORO、西屋控制、ABB、GE新華、和利時、國電智深6家。其中3家國外系統占的份額比較大一些，并且是目前最先進的第4代DCS產品。這六家系統占國內汽輪機DEH控制系統的90%。（一）FOXBORO，1、中美合資上海.?？怂共_有限公司成立于1983年4月。1987年，Series在I/A系統推向中國市場，至今已銷售了230多套。先后經過I/ASeries5.0、I/ASeries7.0和I/ASeries8.0技術升級。95年在上海建立了生產線，實現了國產。為哈汽、上汽、東汽、北重、武汽、杭汽等主機廠提供DEH產品。技術特點和可靠性2、FOXBORO技術特點和可靠性（1）I/ASeries軟件是建立在開放系統互聯模型（OSI）上的以對象為基礎的通訊結構，允許將功能和計算能力分散在廣闊的地理區(qū)域內，提供了與不同系統的聯網能力。FOXBORO系統硬件獨立于應用軟件，這樣就可以允許硬件的升級不會使原有的應用軟件失效。支持UNIX與WindowsXP操作系統的。在軟件開發(fā)環(huán)境上可采用多種計算機高級語言，包括FORTRAN和C語言；SQL關系型數據庫和Informix、Lotus1-2-3d等商用軟件，提供OPC、API和DDE等接口，以及與SAP、PI等數據庫的接口。建立于OSI模型上，符合IEEE802.3、IEEE1118、Ethernet等網絡協議。（2）所有組件均可無擾動地在線更換，無需更換電源，無需采用防靜電措施。I/ASeries在線修改控制組態(tài)和應用程序，不會對系統產生任何擾動，可以在線增加FBM卡件，無需系統停機。通訊中采用目標管理程序，增加了通訊的準確性；每個FBM模塊信道都具有單獨的A/D和D/A轉換器，并且全部為單通道變壓器耦合和光電雙重隔離，采用限流電路防止現場短路故障。（3）I/ASeries系統全部采用CMOS組件，降低了功耗和發(fā)熱，金屬傳導散熱和SMT技術減少了電路尺寸，使組件的工作溫度能達到70℃；所有組件具有在線離線自診斷，可進行報警提示、打印、組件狀態(tài)燈顯示，專用的維護操作軟件還可以分析故障位置到每個I/O通道，并對故障進行隔離，無需人工判斷。（4）容錯控制器和I/O組件，控制器采用比冗余更可靠的容錯技術，確保每次輸出都是正確的；驅動級的控制邏輯可駐留并運行在I/O組件內，這種配置確保當兩個容錯的控制器同時發(fā)生故障時，駐留在FBM內的控制算法能自動地切換至保持狀態(tài)，使現場執(zhí)行機構處于安全的位置。3、其它電廠反應情況鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司三期機組都是用的I/ASeries系統，并且我參與了三期2×600MW兩臺機組從開始安裝到滿負荷168小時運行的整個調試過程，對系統比較熟悉，沒有出現過通訊阻塞和通訊離線的情況，運行很穩(wěn)定，也沒有出現過更換模塊

或模塊處理精度不夠等問題。系統采用IACC、FoxView等組態(tài)工具，組態(tài)比OVATION復雜（我在江蘇利港電廠做過一段時間工程，組態(tài)軟件是AUTOCAD）。一期二期整套系統也都是I/ASeries，據該廠專工介紹，卡件質量和軟件配置都很好，年投產，97到目前只進行過一次軟件升級，換過5塊I/O模塊。DEH系統運行很穩(wěn)定，沒有因DEH系統問題影響到機組的運行，可靠性高。鄒縣電廠一期二期DEH系統是I/ASeries系統，運行情況和鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司相似。但都反應特殊模塊較多，不利于選擇，同時增加備品的儲量。（二）西屋簡介1.上海西屋控制系統有限公司成立于1994年12月，公司建有系統演示中心、培訓中心和備件中心。早期推出的是WDPF系統，1997年推出OVATION系統至今。1998年被艾默生收購成立艾默生過程控制有限公司公用事業(yè)部。為哈汽、東汽、北重、武汽等主機廠提供DEH產品.2、西屋技術特點和可靠性分析西屋技術特點和可靠性分析和可靠性（1）西屋OVATION系統具有多任務、數據采集、潛在控制能力和開放式網絡設計，組成了完善的控制系統。采用對當前最新的分布式全局型、重要的相關數據庫作瞬態(tài)和通明的訪問來執(zhí)行控制回路的操作。這種數據庫訪問允許把功能分配到許多獨立的站點，每個站點并行運行，這就是它能集中在指定的功能上不間斷的運行，無論同時發(fā)生任何其他事件，系統的性能都不會受到任何影響。（2）系統簡化硬件和軟件設計，去除了特殊模塊的許多種I/O模塊，減少了備件庫存費用。采用大家熟悉的AutoCAD、Applix、Oracle等軟件，便于系統操作、組態(tài)和維護。硬件簡化延長了故障間隔時間，在I/O模塊中去除了鋁電解電容器，因為這種電容器具有高故障率和有限的生命。OVATION內部采用了閃存結構，為重要信息提供了安全貯存場所，消除了帶后備電池的麻煩。ABB的Industrial系統和FOXBORO的I/ASeries系統的非遺失存儲器都采用了電池后備。怕系統失電導致組態(tài)、指令等重要數據的丟失。ETS系統控制用的是PLC，OVATION系統可以和AB公司的PLC硬件和軟件直接地、實事地集成在一起，能夠進行無縫連接。（3）控制系統所有站點都是雙重連接到每個數據網絡，這樣就能夠提供四重冗余，并且OVATION

控制器能夠配成具有多項冗余性能，包括雙重的處理器插板、電源和通訊聯結，所有可能發(fā)生的意外故障，均能夠啟動自動無擾切換功能。系統自診斷功能，嵌入式的容錯和診斷程序使OVATION的維修量保持在最低水平，診斷出的問題可以通過顏色指示燈、音響報警和迅速顯示狀態(tài)畫面來顯示。所有重要的控制、運算和數據管理各項操作都提供備用部件或者提供獨立的備用通道，系統內固有的分隔性能可以防止在此級別上出現的單點故障對連續(xù)運行造成嚴重的沖擊。3、其它電廠反應情況江蘇利港電廠三期是機爐一體化的，#5機組DEH系統在05年11月開始使用，沒有出現過通訊故障及卡件的損壞情況，運行穩(wěn)定，組態(tài)容易，視覺感受好。內蒙古托克托電廠在啟動循泵時，然后馬上出現停泵的情況，是由于循環(huán)水泵房沒有設置遠程I/O柜，離集控室電子間比較遠，硬接線過長后，I/O

模塊本身溫度補償達不到更高的精度，從而造成循環(huán)水泵軸承溫度、線圈溫度過高，無法進行正常啟動。其它穩(wěn)定性方面都很好。（三）ABB1、北京ABB貝利控制有限公司成立于1999年，ABB集團在中國公用事業(yè)信息管是理和自動化領域中過程控制系統供貨商和技術中心。1989年由北京自動化研究院與原ElsagBailey共同投資建立北京貝利控制有限公司，1999年被ABB收購。十多年來，不斷引進原Bailey公司和ABB公司最新的DCS系統。經歷了NETWORK90、INFI90、INFI90OPEN、SYMPHONY、IndustrialSymphony等技術升級。為哈汽、上汽、東汽、北重、等主機廠提供DEH產品。技術特點和可靠性和可靠性分析2、ABB技術特點和可靠性分析（1）ABB的Industrial系統有強大的帶負載能力、豐富的控制軟件、方便的設計及維護工具、開放的通訊系統，及顯示、操作、記錄、管理集中的特點。Composer為該系統提供了一整套完成工程設計和組態(tài)的工具軟件。它在NT的環(huán)境下運行。Composer基本軟件包包括開發(fā)和維護控制所必需的組態(tài)功能，可以用圖形開發(fā)控制系統方案，建立并維護整個系統的數據庫，管理可重復使用的用戶圖形庫等。用戶界面友好，易于掌捂。使用公共的系統數據庫，減少了組態(tài)數據的多次輸入，使許多需要重復輸入的組態(tài)工作能自動完成。該系統具有DEH專用模塊。（2）控制器物理位置分散、控制功能分散、系統功能分散，在模件級，這種分散是通過硬件實現的，即特定的模件執(zhí)行特定的功能，并獨立于其它的硬件，即使失去功能也不影響系統的其它部分。在系統級，分散是通過硬件配置來實現的，硬件配置通常按子系統來劃分，子系統故障不會造成整個系統的故障。（3）控制網絡通訊的高速通道、局部結點內的控制通道、控制處理器模件及其電源、I/O模塊電源都是冗余設計。能對控制網絡通訊、只讀存儲器ROM、可讀寫存儲器RAM、帶后備電池的可讀寫存儲器NVRAM、中央處理器CPU、控制通道、I/O等進行故障診斷。I/O模塊電路板是裸露的，防灰塵、防靜電差一些。3、其它電廠反應情況黃島電廠整套系統都是ABB的Industrial系統，二期是FOXBORO系統，據該廠專工介紹，兩套系統穩(wěn)定性差不多，可靠性都很高，但組態(tài)是模件化形式，直接上套，比FOXBORO系統容易。它的Composer軟件工具性能強，熟悉這一門語言就可以進行界面、報表、控制的所有組態(tài)。但這套系統卡件是裸露的，防灰塵性能差一些，時間長了擔心靜電干擾，影響穩(wěn)定。據常州戚墅堰電廠燃氣工程、山西漳山電廠、貴州安順電廠二期業(yè)主反映，運行幾年了，到目前一直很可靠。運行不穩(wěn)定大都有就地設備引起的，和DEH系統無關。（四）新華1、新華控制成立于1996年，新華控制在其DDC

系統、DAS300、和DEH-Ⅲ的基礎上正式推出了XDPS-400分散控制系統。2000年推出了高可靠性和可用率的XDPS-400+系統，2004年底，新華控制成功推出了采用V6.0版本的XDPS-400+系統。2005年3月被GE能源收購。新華控制被GE收購后，現在研發(fā)GE的DCS（包括DEH）控制技術，價格比XDPS-400+高。從別的控制廠家了解到，目前新華把主要技術人員、精力放在GE能源的技術上，而投在新華控制XDPS-400+系統上的人力、物力減少了，參與投標我們陽城電廠

2×150MW機組用的是XDPS-400+。我想結果會產生技術服務及技術升級和人員少的矛盾。為哈汽、東汽、北重、武汽、南汽等主機廠提供DEH產品。2、新華控制技術特點和可靠性分析：技術特點（1）1996年，新華控制該系統吸取了多家國外DCS產品的優(yōu)點，推出了XDPS-400分散控制系統，并具有虛擬DPU、免編譯圖形組態(tài)等多項獨特的技術特點。在此基礎上新華控制在2000年推出了高可靠性和可用率的XDPS-400+系統，該系統的主干實時網絡采用了冗余容錯的交換式環(huán)形以太網，在現場設備層和過程控制層之間率先采用了工業(yè)以太網技術，從而使XDPS-400+成為采用全以太網結構的系統平臺。2004年底，新華控制推出了采用V6.0版本的XDPS-400+系統，其最大特點是在過程控制單元引入了WindowsCE.NET實時多任務操作系統，滿足了系統低延遲性能，使DPU的組態(tài)響應指標提高，并為用戶提供了從現場控制到廠級管理一體化的監(jiān)控信息平臺。（2）系統非崩潰/自愈性設計，使得常規(guī)的抗干擾僅會引起若干進程中的一個被破壞，并可通過系統運行的監(jiān)控進程對其修復，不會出現運行程序產生異常、出錯、跑飛、死循環(huán)，造成系統崩潰。（3）采用工業(yè)以太網技術及全雙工通訊技術，避免碰撞/沖突；采用流量控制技術是網絡實時性能得到提高，但降低了通訊速度；實行分級數據通訊，強調了短的通訊時間。3、其它電廠反應情況：山東德州熱電廠、茌平電廠、黃島電廠一期、里彥電廠的DEH和汽輪機都是配套的，據他們講：把通訊接口處理交給DCS廠家，DEH廠家提供相關參數，并且只是參與接口工作，主要有DCS廠家處理，避免出現都想做，又怕別人做不好的事情。山東茌平電廠出現過和利時DCS系統和汽輪機新華DEH

控制系統之間的接口糾紛，彼此很難協調。新華的DEH系統基本上運行穩(wěn)定，沒有出現過大的通訊問題，需要個別更換I/O

模塊。浙江鎮(zhèn)海發(fā)電廠DEH

系統出現過通訊離線的問題，是由控制器

引起的；軟件質量不是太好，需要經常對其維護和升級。但都集中反映新華控制系統是目前國內系統最好的。（五）和利時1、和利時簡介北京和利時系統工程股份有限公司是在北京市中關村科技園區(qū)注冊的高科技企業(yè)，與原西屋WDPF技術合作，開發(fā)一系列可靠、先進、實用、經濟的DCS平臺—HOLLIAS。在有關專家加盟下，成功開發(fā)了適合與300MW以下的汽輪機電液調節(jié)系統HOLLIAS—DEH，同時為哈汽、上汽、東汽、北重、武汽、南汽等主機廠提供DEH產品。2、和利時技術特點和可靠性分析和利時技術特點和可靠性分析：（1）標準的C/S結構，雙冗余的系統服務器將用來存儲系統所有的實時數據、歷史數據、操作記錄、事件記錄、日志記錄等。支持OPC數據處理。主控單元具有低功耗，采用微內核高可靠實時操作系統，每個信道上一個A/D轉換器。每路信號在接口處都增加了多重過壓和過流保護措施，使得各板在大信號干擾下不損壞?？刂普静捎肣NX軟件。很多電廠反應這套軟件對系統穩(wěn)定性差。（2）和利時系統原是西屋已淘汰的WDPF系統，然后自己通過技術改造發(fā)展成現在的MACS系統。在線組態(tài)或進行程序修改的時候，不能夠直接下載到控制器，而是通過中間服務器一個過程，一旦服務器死機或出現病毒感染，這勢必造成程序無法下載到控制器。3、其它電廠反應情況山東茌平電廠一期三期用的是和利時DEH系統，整套系統不是太穩(wěn)定，二期出現過服務器死機的現象，經常需要和利時廠家來處理。浙江德能電廠出現過兩次死機，該廠專工說有的電廠死機次數更多；在線下裝，有的時候出現死機現象，最好在停機的時候進行程序下裝。售后服務好，基本上能在最短的時間內給解決。（六）國電智深1、北京國電智深控制技術有限公司是由國電科技環(huán)保集團有限公司和中國電力科學研究院共同投資，在原“中國電力科學研究院電廠自動化研究所”和“國電龍源電力技術工程有限責任公司”的基礎上組建的高新技術企業(yè)，專門從事電廠自動化系統的研制開發(fā)與電廠自動化工程的設計與技術服務，先后自助開發(fā)了HN-3000和EDPF-1000計算機監(jiān)視系統、EDPF-2000、EDPF-3000、EDPF-NT和GD99分散控制系統。為哈汽、上汽、東汽、北重、武汽、南汽等主機廠提供DEH產品。2、國電智深技術特點：（1）國電智深EDPF-NT

系統也是在原西屋淘汰的WDPF系統上發(fā)展起來的，經過了技術改造和技術升級。這套系統熱電偶不是補償在I/O

模塊的處理器內，而是補償在控制器內，控制器有兩個CPU，負責通訊和數據處理，互為冗余。把熱電偶拿到控制器處理后，勢必增加CPU的負擔。通常I/O模塊內有一個CPU處理器，通訊占用很少，主要負責D/I轉換，及其線形補償，包括熱電偶補償。軟件不能夠進行在線升級。（2）在可靠性上，電源、網絡、控制器、一些I/O點冗余配置；I/O模塊和控制器間、I/O通道之間、I/O通道和現場信號之間進行隔離。3、其它電廠反應情況：江蘇鹽城發(fā)電廠1#、2#機組DEH系統是國電智深，DCS是I/ASeries系統，2004年10