国内外电站DCS控制系统的现状和发展

国内外电站DCS系统的现状和发展 文/梁昌鑫 潘轶华 平帆 摘要本文主要介绍了国内外电站DCS控制系统的发展状况、各品牌DCS的系统架构和在中国的市场份额，并且 参照三菱重工等跨国企业集团的发展模式阐述了国内大型电站设备制造商发展自己独立控制系统的必要性和可行 性。 一、概述 国民经济的快速发展和其它行业的技术进步迫切要求信息化在工业方面得到广泛的应用，特别是需要新技术改造传 统产业，因此工业自动化技术得以很快发展，利用工业自动化技术改造传统产业和产业结构，提高自动化、智能化、 信息化水平，增强企业竞争能力，是一项非常迫切的任务。 随着工业自动化技术的迅速发展，综合自动化控制系统的水平在不断提高；从单机控制发展到分布式控制系统 （DCS），随着可编程控制器（PLC）性能不断完善，在DCS中得到了广泛的应用。近期又发展了新的全开放、全分 散、可操作的系统现场总线控制系统（FCS），已开始应用于DCS的过程控制层。 我们为了让企业更快了解国内外最新的分布式控制系统、产品和发展趋势，以便企业更好地去应用分布式控制系统， 提高企业信息化水平，增强企业的竞争能力。 DCS尽管各有特色，其结构却大同小异，如图1所示，从下到上分为过程控制层、过程监控层、生产管理层和决策 管理层。 图1 通过DCS在企业的应用，使资源能充分利用，能耗大大下降，生产效率大大提高，从而使企业的竞争力有大大提升， 也就达到了信息化带动工业化的目的。随着企业大量的广泛应用DCS，也实现了工业化促进信息化的发展。 世界各国主要制造商已将DCS形成功能齐全、配置灵活的系列产品。分析各制造商其系统结构和功能可归纳以下五 个特点 （1）硬件积木化 （2）软件模块化 （3）控制组态化 （4）通信网络化 （5）高可靠性 二、市场预测 国际著名ARC咨询机构于2003年发布了世界DCS市场预测报告。该报告预测世界DCS市场从2002年至2007年将 保持年增长率2.5％，市场销售额从2003年的91亿美元将增长到2007年的103亿美元。世界DCS的增长速度之所 以不高，主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所造成。 ARC咨询机构又在一篇题为“分布式控制系统在中国的前景”的研究报告中指出，2003年，中国DCS市场的规模为 45亿元，到2008年将增加到90亿元，如图2所示。也就是说中国DCS市场的年增长率预计将维持在15.1。 图2 又据国内调查机构的报告，到2001年电站应用DCS的数量已经超过石化和化工成为DCS最大的用户，每年占据这 个市场总额的34.9（不含核电和热电系统），如图3所示。由于DCS作为与电子和计算机技术结合最紧密的系统， 他的生命周期取决于电子设备的制造寿命和信息技术的发展速度，目前在运行的电站DCS设备平均寿命为6-8年， 而电站设备平均设计寿命为30-40年，由此判断这个市场仅更新改造一项就有着广阔的发展空间。 图3 随着中国经济的发展，国家在新建项目和旧厂改造方面投入了大量资金，形成了较大的市场，因此全球的DCS厂商 几乎都来到中国，加速了这个领域的竞争。 ARC同时指出，在中国，DCS在能源方面的应用将继续占很大比重，DCS厂商在中国的商机在增加。然而目前他们也 面临许多挑战，全球的DCS厂商首先面临中国厂商的竞争。为了降低成本，这些国外厂商带来了开放的标准体系以 及通用的控制器件，这使得国内的DCS厂商能够跳过控制技术的发展初期阶段，直接采用成熟的和开放的技术，通 过本地化、专业化和产业化以更强的服务能力、更有竞争力的价格参与到DCS的竞争之中。 尽管目前国内和国外厂商针对的DCS市场界线还比较分明，但这并不是绝对的，随着国内技术的发展、人才的培养、 经验的积累这个界线势必然变得模糊和淡化，国内厂家在DCS领域的潜质将进一步得到发挥。正是国内这种需求和 对DCS设备更加专业化的分工，使国内厂商感到有信心也有能力开拓这个领域。 三、国内外主要制造商 目前世界上主要制造商有Foxboro（美）、SIEMENS（德）、ABB（瑞士）、Emerson（美）、HITACH（日）、LEEDS NORTHRMP（美）、Honewell（美）、Hartmann Braun（德）、Yokogawa（日）、等。 在国内DCS厂家中，最大的供货商依次为浙大中控、合利时、上海新华、上仪、四联、威盛等。 在应用DCS的过程中，我国科研技术人员在消化吸收国外技术的同时，自主创新我国自己的DCS，经过多年努力， 他们都已经取得可喜的成果，如新华控制工程公司的XDPS-400、北京和利时的FOCS和国电智深公司的EDPF-NT， 华能信息产业公司的PINECONTROL，都已在多个电厂试验应用的基础上，经过改造提高后、达到或接近国外厂家同 类的DCS水平，并已在200、300WM机组改造或新建工程中得到广泛应用，受到电厂的欢迎和好评，且其价格低于 国外成套进口的设备。 四、DCS的发展 随着信息技术的发展，DCS的应用也越来越广泛，企业对DCS提出了许多新的要求，为此世界各国DCS厂商纷纷加 强开发研究DCS系统的技术水平。近期，Foxboro公司的I/A Series系统，如图4所示、ABB公司的 Industrial IT 系统，如图5所示、Honeywell 公司最新推出的Experion PKS（过程知识系统）、Siemens公司的PCS7系统，如 图6所示、Emerson 公司的PlantWeb Emerson Process Management这标志着新一代DCS 已经形成，也就是第四 代DCS。 图4 点击看大图） 图5 图6 最近我们分析了日本三菱重工株式会社DCS发展的历史。三菱重工电站设备配套DCS开发的历史，如图7所示。 图7 三菱重工是在对电站设备工艺系统设计和制造已经趋于成熟后才进入控制领域的。从它的发展历程可以看出，他最 初也是集成美国Bailey公司的820系统和LN的控制系统，自1975年开始研制自己的电站DCS设备，开发历尽20 多年，目前已经是第五代产品。 从图8中我们可以知道，三菱重工的已生产了2351套DCS系统。 图8 在三菱重工电站DCS研发过程中，回避了三菱重工硬件设备产能不足和开发成本过高的缺陷，抓住核心的控制软件 技术和自身工艺设备制造商的优势，以提高整体设备运行的可靠性和协调性为出发点，大量采用开放技术和第三方 可靠硬件，将它们按照自己的DCS设备需求来设计，有机的组合在一起，并且开发了具有针对现场控制设备、测量 设备和专用安全防护设备，从而有效的提高了控制安全等级和控制精度。在图8中，我们可以看到贯穿始终的是 DIASYS IDOL组态语言，而变化的则是随着电子工业进步，不断升级和发展的计算机设备、控制方式、针对客户需 求调整的控制策略。 图9是三菱重工DIASYS NETMATION的基本架构，简洁的系统配置、稳定的网络通讯、强大的处理能力和丰富的软 件功能是这套系统最大的特点。 图9 开放性还体现在不同的层面，例如DIASYS的组态软件就是借鉴微软公司的MS VISIO，这是MS Office办公自动 化套装软件之一。利用这个平台开发的组态工具，具有与主流操作系统良好的兼容性，与MS Office可以任意嵌入 和链接，很好的解决了报表处理、统计计算、数据分析等功能的嵌入。此外，由于MS VISIO是独立于DIASYS系统 而提供升级服务的软件，因此在微软推出了新版本的VISIO的同时，也就意味着DIASYS的组态软件自动升级。如 图10所示 图10 现在，三菱的DIASYS系统被认为是世界上最先进的电站DCS设备。同时，三菱重工在日本还是电站的运营商，很 多运行经验被补充到控制和工艺系统的设计中去，提高了系统的稳定性和适用性。这些成功的经验都是我们上海电 气值得借鉴的，这将改变以往只生产DCS，缺少电站运行、管理和工艺设备制造经验的生产厂商的局面，从而使国 产的DCS设备进入大容量、高参数，尤其是超临界、超超临界机组的DCS的应用领域。 从传统的工艺设备制造商到过程控制系统的供应商是一个飞跃。从ABB、西屋、三菱重工、西门子、GE、阿尔斯通、 日立等跨国企业的成长历程可以看出，它们本身都是集电站设备制造、控制系统制造、集成于一身的大型综合性企 业集团。这些集团的电站控制系统都是用于增强其工程实施能力和产品附加值的有力保证，很多企业都将成功控制 对手的工艺设备看作企业的一种综合实力的体现。另外很重要的一点，能够独立进行控制系统配套对于这些企业还 兼具着保护工艺系统知识产权的重任。 因此，像上海电气这样的国内综合性企业集团应当发展和拥有自己独立的控制系统，不仅使得在承接国际、国内的 电站工程总承包方面更具竞争力，综合工程能力得到提升，还可以为用户提供运行品质更优良、系统特点更突出的 电站成套设备。 Top