火電廠幾種主流DCS系統(tǒng)介紹PPT課件

1、1,.,火電廠幾種主流DCS系統(tǒng)介紹,2,.,DCS系統(tǒng)概述,現(xiàn)場儀表標準之戰(zhàn)結(jié)束，進入工程實踐階段，多種總線并存的局面已經(jīng)形成。FF基金會現(xiàn)場總線技術(shù)主動融入DCS系統(tǒng)中，或者稱：經(jīng)過互操作性認證的DCS系統(tǒng)是FF的主系統(tǒng)。目前已注冊的有11個公司的20個主控系統(tǒng)，涵蓋了世界上大部分DCS系統(tǒng)。 這種理念已經(jīng)得到工程實踐的考驗，而且形 成共識，國內(nèi)外已有在電廠采用現(xiàn)場總線的 工程業(yè)績。,3,.,與信息技術(shù)(IT)融合。按照COTS(商業(yè)現(xiàn)貨技術(shù)Commercial Off The Shelf technology)的原則，采用快速以太網(wǎng)技術(shù)(包括TCPIP等)作為廠級系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡架構(gòu)。,4

2、,.,系統(tǒng)功能安全技術(shù)在實際流程工業(yè)的自控工程中已成為不可或缺的一部分，安全 儀表系統(tǒng)(SIS)和流程工業(yè)安全完整性等級 (SIL)認證體系正在形成。SIS和DCS融合或 兼容的趨勢也逐漸形成。,5,.,EDDL設備描述語言和系統(tǒng)集成技術(shù)以及在此基礎上形成的設備管理系統(tǒng)(AMS)已經(jīng)成為基礎自動化不可分割的一部分，而且逐漸擴大資產(chǎn)管理范圍，包括設備信息平臺、智能設備管理系統(tǒng)、機械設備管理系統(tǒng)、性能檢測系統(tǒng)等。目前資產(chǎn)管理系統(tǒng)在世界上已應用了1000多套，全生命周期的企業(yè)資產(chǎn)管理和工程管理的理念正在形成。,6,.,管控一體化和儀控、電控一體化正在統(tǒng)一構(gòu)架下逐步實施，ERPMESPCS三層結(jié)構(gòu)已形

3、成共識，逐步實現(xiàn)基礎自動化與企業(yè)信息管理的無縫集成。馬達控制中心(MCC)及企業(yè)用電的配電系統(tǒng)等在基礎模塊智能化及采用現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎上逐步納入以溫度、壓力、流量等信號為主的儀控系統(tǒng)中。,7,.,火電廠用DCS的特點,大型火電廠用DCS除去上述趨勢共性外，還有它固有的個性：汽機、鍋爐等控制及安全要求復雜，燃料、水、灰等相關(guān)輔助設施龐大，產(chǎn)生的電能受電網(wǎng)調(diào)度要求高等，造成用于電廠的DCS應具有回路反饋控制、順序控制、混合控制等復雜控制功能，具有驅(qū)動多種執(zhí)行機構(gòu)的要求，完成復雜計算能力及先進控制(APC)功能。,8,.,由于FSSS對作為事件順序的操作記錄的要求很高，而且可能是多系統(tǒng)組合來完成該

4、項功能，所以SOE的帶有時間戳的開關(guān)量輸入設備及相關(guān)功能是必須具備的。在時間同步方面，除了DCS系統(tǒng)內(nèi)時鐘同步方式，還有目前正興起的GPS衛(wèi)星時間同步方式。,9,.,由于電廠的主要產(chǎn)品“電能”的特殊性及電網(wǎng)調(diào)度和電業(yè)管理的要求，電廠已推行“火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)技術(shù)要求”（SIS），現(xiàn)在也基本上做到很好和DCS之間的銜接問題。,10,.,國外DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀,DCS系統(tǒng)進入21世紀，在通信和信息管理技術(shù)、集成電路技術(shù)的進步以及工藝設備大型化的影響下，在節(jié)能環(huán)保和提高生產(chǎn)效率的需求下，形成了新一代的DCS，或稱為第四代DCS。在電廠方面，我們重點介紹ABB、西門子Siemens（T3000）、

5、艾默生（Ovation）FOXBORO和日立Hitachi五家相關(guān)產(chǎn)品，這五家也是現(xiàn)在電廠DCS的主流廠家。,11,.,ABB,ABB在“Industrial IT”的架構(gòu)下，由ABB貝利Infi90 open形成的Symphony系統(tǒng)基礎上，進一步開發(fā)了800系列的新產(chǎn)品，推出Industrial lT Symphony最新的DCS系統(tǒng)。 其中，800 XA系統(tǒng)通過了現(xiàn)場總線基金會的互可操作性測試(在擴大范圍的程序下的HIST測試)。800XA已有用于大型電廠的業(yè)績。,12,.,ABB系統(tǒng)架構(gòu),主要節(jié)點類型有現(xiàn)場控制單元(HCU)，人機系統(tǒng)接口操作站PGP (Power Generation

6、 Portal)，系統(tǒng)組態(tài)和維護工具(Composer)，計算機接口(ICI)，網(wǎng)絡接口單元(1IL)。網(wǎng)絡接口單元IIL提供了多個控制網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)交換能力：一個控制器模件可以控制上百個回路，監(jiān)視上千個過程變量控制層網(wǎng)絡以10mbps的速度可在62500個節(jié)點之間傳遞信息，并仍具備“例外報告”等傳遞形式，發(fā)揮了智能數(shù)據(jù)鏈傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢：模塊化結(jié)構(gòu)可以按照工藝過程來配置DCS，保證被控制對象的獨立性，完整性；,13,.,系統(tǒng)中最基本的電纜、端子單元、電源模塊，到最高層的控制模件、系統(tǒng)接口、通信網(wǎng)絡、都可以冗余配置，使系統(tǒng)具有高可靠性；系統(tǒng)分層劃分合理，控制與I0分開的控制方式，提高了系統(tǒng)的可靠性；

7、有先進而實用的工業(yè)控制算法，保留了積累 多年的200多種功能碼：系統(tǒng)設計組態(tài)方便，保留了SAMA圖等方式。,14,.,15,.,優(yōu)缺點,優(yōu)點:系統(tǒng)可靠，在中國電力方面用戶多達200多個，新系統(tǒng)和老系統(tǒng)兼容，這有利于以后的設備改造更新。圖形化組態(tài) ，方便于機組運行中查找維護。 缺點：不能在軟件中進行強制。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有大唐洛河電廠。,16,.,西門子Siemens,在全世界已有超過1500套DCS控制系統(tǒng)裝置，是成功的電力和I 過程控制級由一些過程控制站( H04-M/CX) 、數(shù)據(jù)采集站( H04-M/CX ) 和工程師站 (EWS) 構(gòu)成。,32,.,系統(tǒng)配置的主要特點,網(wǎng)絡

8、結(jié)構(gòu)突破早期系統(tǒng)多環(huán)結(jié)構(gòu)配置HIACS 25000M 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及前后臺間的通信方式與日立早期的DCS 系統(tǒng)相比有了很大的變化。由于通信速率與容量不斷擴大,5000M系統(tǒng)突破日立早期系統(tǒng)多環(huán)結(jié)構(gòu)的配置, 首次將所有控制器及操作員站、歷史站連在一對100M的光環(huán)上, 從而消除了原來操作員站與控制器側(cè)可能的通信瓶頸。,33,.,DCS 與DEH 采用一體化的硬件配置機爐側(cè)的控制采用一體化配置, 減少了系統(tǒng)間的通信接口, 采用同一個數(shù)據(jù)庫, 便于數(shù)據(jù)的共享, 系統(tǒng)的穩(wěn)定性也好; 對電廠的維護有利, 便于備品、備件等的統(tǒng)一。,34,.,人機接口采用PC 平臺及Windows NT系統(tǒng)由于高檔PC

9、機性能的提高, 大型機組前臺采用PC 平臺將是一種趨勢, PC 平臺的操作較靈活方便, 對電廠管理信息等網(wǎng)絡的接入也很便捷。,35,.,組態(tài)工具,5000M 系統(tǒng)的邏輯組態(tài)采用了直觀的圖形組態(tài)方式, 提供了方便的邏輯生成、邏輯編譯、邏輯下載、邏輯在線監(jiān)視、邏輯組態(tài)備份等功能, 具備在線組態(tài)與下載的功能, 日立5000M 系列的邏輯組態(tài)工具的功能較前期版本有了很大的提高。數(shù)據(jù)庫、畫面、報表等的組態(tài)基于WINDOWS NT 平臺, 使用了一些通用的工具,使用較為靈活, 如前臺數(shù)據(jù)庫采用ACCESS 數(shù)據(jù)庫, 報表工具采用EXCEL。比較而言, 前臺組態(tài)工具不如控制器邏輯組態(tài)工具優(yōu)秀, 組態(tài)集成度不

10、夠, 需要組態(tài)工程師定義的內(nèi)容過多。,36,.,37,.,優(yōu)缺點,優(yōu)點：系統(tǒng)界面友好，操作簡單，漢化后的圖形化組態(tài)操作維護方便。 缺點：我們在調(diào)試過程中HIACS-5000M 系統(tǒng)多次出現(xiàn)過操作員站死機現(xiàn)象，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有華潤阜陽電廠。,38,.,國內(nèi)DCS系統(tǒng)現(xiàn)狀,近20年來，國內(nèi)在原來DDC直接數(shù)字控制技術(shù)自行研發(fā)和工控機應用的基礎上，在對國外DCS的工程應用及技術(shù)引進的基礎上，逐漸形成了獨立自主的DCS產(chǎn)業(yè)，特別是在大型火力發(fā)電廠中的應用國產(chǎn)DCS 已取得了可喜的業(yè)績。其中大家熟悉的有新華、上自儀MAXDNA 、國電智深、和利時、浙大中控和南京科遠等。,39

11、,.,現(xiàn)在有600MW及以上火電廠業(yè)績的有國電智深、和利時、上海新華以及上自儀MAXDNA，所以在這里介紹下其中幾家的系統(tǒng)。（新華沒有資料）,40,.,國電智深,國電智深在多年DCS應用實踐經(jīng)驗的基礎上，在技術(shù)引進的基礎上，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EDPFNT、EDPFNT+ 、 EDPFBA的EDPF系列產(chǎn)品。其中EDPFBA在傳統(tǒng)的DCS框架下進一步融合PLC的特點?，F(xiàn)以火電廠應用較廣的EDPFNT進行闡述。,41,.,EDPFNT系統(tǒng)網(wǎng)絡采用100Mbps或1000Mbps交換式工業(yè)以太網(wǎng)，拓撲結(jié)構(gòu)為星形環(huán)形樹形，可實現(xiàn)多重化冗余。DCS為環(huán)形網(wǎng)絡，公用DCS為星形網(wǎng)絡，其之間通過專用網(wǎng)

12、絡路由器實現(xiàn)隔離。這樣可以保持網(wǎng)絡的相對獨立，又可保證兩臺單元機組之間操作備用和操作互鎖。網(wǎng)絡負荷10，提高了通信的可靠性。,42,.,采用專用路由器公用系統(tǒng)方案的多廣播域技術(shù)，可達250個域250個站，做到不增加網(wǎng)絡負荷率。 控制器采用Pentium400MHzCPU，為獨有的模塊式設計，冗余配置，最快處理周期50ms，控制處理能力為999個控制頁。,43,.,各級供電電源采用冗余電源及配電裝置。 人機界面為全中文，畫面刷新時間1S。 操作響應時間2s，畫面數(shù)據(jù)刷新時間05s。 實時數(shù)據(jù)庫容量250X5120點，可做到不同控制器點名可重名。10萬點數(shù)據(jù)更新占CPU2的負荷以下，4萬點檢索占C

13、PU8負荷以下。,44,.,控制算法做到跟蹤狀態(tài)、串級跟蹤、低選跟蹤、高選跟蹤、升禁止，降禁止，到達高限，到達低限等8種約束狀態(tài)的動態(tài)判斷及在這些約束狀態(tài)下的快速返回，提高了控制回路的響應速度，可滿足超臨界機組對控制快速性的要求。,45,.,EDPF-NT的DEH系統(tǒng)控制周期可小于10mS，系統(tǒng)控制精度高，智能型的伺服、功放功能合一的模塊，使系統(tǒng)簡潔可靠，和整個DOS系統(tǒng)同在一個高速數(shù)據(jù)公路上，實現(xiàn)系統(tǒng)級上的一體化。 可靠性：可利用率9995，網(wǎng)絡、控制器、電源、重要I0卡均可冗余。,46,.,47,.,優(yōu)缺點,優(yōu)點:人機界面友好，在VISIO下進行組態(tài)，方便簡單，適合中國人習慣。硬件可靠，在

14、蚌埠電廠調(diào)試整個過程中基本沒有出現(xiàn)過硬件問題。 缺點：屬于新開發(fā)系統(tǒng)，很多細節(jié)需要完善，比如 ：功能塊功能不夠全面，歷史趨勢時間長度不能精確調(diào)整等。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有國電蚌埠電廠。,48,.,上自儀MAXDNA,上海自動化儀表股份有限公司經(jīng)歷了100年的歷史積淀和16年的創(chuàng)新發(fā)展，成為國內(nèi)首家自動化儀表行業(yè)的上市公司，而且成為上海電氣集團的一部分。與國家核電共同組建了國核自儀系統(tǒng)工程有限公司，逐步做到具備核電工程儀控系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)集成、核電儀控設備成套供應等的能力，并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成較大規(guī)模批量化建設中國品牌核電站的能力。,49,.,大型火電站采用MAXDNA的DCS于2

15、007年5月完成湖北襄樊電廠2X600MW超臨界機組自控工程投入商業(yè)運行，至此，躋身于國產(chǎn)DCS應用于大型火電站的行列。08年省內(nèi)的國電銅陵電廠和大唐馬三廠的DCS系統(tǒng)均是MAXDNA.,50,.,上自儀DCS產(chǎn)業(yè)起源于1991年，作為國家DCS產(chǎn)業(yè)的布點項目，在當時的經(jīng)貿(mào)委、機械部、電力部的主導和推進下，技術(shù)引進美國利諾(LeedsNorthup)公司的MAXl000分散型控制系統(tǒng)及其工程技術(shù). 上自儀開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SUPMAX500，SUPMAX800，爾后又完成SUPMA1000(升級為MAXDNA).,51,.,DEB(直接能量平衡)能夠最大限度地利用鍋爐的儲存能量，驅(qū)動汽機

16、調(diào)解法，從而在最大變化率下獲得負荷需求的線性響應，協(xié)調(diào)鍋爐和汽機運行，提供限制和甩負荷動作，確保發(fā)電機組的安全性，在設備受到限制或不能響應時限制其變化率，仍繼續(xù)能保持機組的運行。,52,.,53,.,優(yōu)缺點,優(yōu)點：系統(tǒng)可靠，功能塊功能強大，可以很輕易的實現(xiàn)需要的功能。 缺點：填表式組態(tài)，界面不人性化，不利于正常生產(chǎn)運行中的維護和操作。 PS:省內(nèi)電廠使用該系統(tǒng)的有大唐田家庵電廠、國電銅陵電廠、大唐馬三電廠等。,54,.,和利時,自90年代以來，歷經(jīng)了HSDCS。1000、HS，2000、MACS直至現(xiàn)今主推的HOLLIAS系統(tǒng)，在大型火電廠中主要使用HOLLASMACSS，有符合汽輪機控制要求

17、的HOLLlASDEH(汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)) IETS(汽輪機緊急跳閘系統(tǒng))HOLLIASMACS構(gòu)成一體，滿足大型電廠控制和安全保護的要求。,55,.,在管控一體化方面，HOLLIAS具有MES功能，在開放的實時/關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎上，有子系統(tǒng)模塊，可以滿足電站信息化的需求。,56,.,DCS分析比較的結(jié)論,上述綜述，可以看出國產(chǎn)DCS已經(jīng)達到或接近國際先進水平。 反映水平的技術(shù)指標具體是指網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、硬件體系、軟件體系及系統(tǒng)容量、系統(tǒng)實時性、系統(tǒng)人機界面、系統(tǒng)現(xiàn)場接口、系統(tǒng)控制功能、系統(tǒng)精確度、系統(tǒng)靈活性和可擴展性、系統(tǒng)可靠性、可用性、可維護性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性等。,57,.,國產(chǎn)D

18、CS的性價比高，適合在300MW以下機組中選用，在600MW以上機組可逐步擴大應用范圍。國內(nèi)DCS企業(yè)對大型電廠的工程能力有待在實際工程鍛煉中進一步提高。,58,.,DCS應用中存在的問題,選用國產(chǎn)DCS， 由于價格上的優(yōu)勢，應該在配置上非常充裕，但實際情況并非如此。大多數(shù)機組在完成改造后DCS的I/0 余量不夠，資源配置偏緊，DPU( Distributed Processing Unit，分散處理單元)和通訊負荷率偏高。這主要有兩個原因： DCS廠商在激烈的商業(yè)競爭中盡量減少配置降低成本。 設計過程中的變更，增加I/0點太多。 由于DCS各自有不同的特點，招標文件不可能具體到對控制器的對數(shù)作出規(guī)定。,59,.,無論是國產(chǎn)還是進口DCS，其硬件的可靠性均存在一些問題，有些DCS在一段時間里模件損壞率較高，DPU故障頻繁，甚至導致機組MFT，總?cè)剂咸l)。對于DPU 和電源模件損壞，一般認為是硬件故障。 但分析認為：不能簡單認為是硬件質(zhì)量問題， 如果