DCS

一 市场增长预测

A.DCS市场短期及中长期增长动因

目前经济形势的影响，DCS市场受到第四季度的拖累，而实际仅在13.6%。09年的增长率将在11%左右。

但是就长期而言，经济环境的改善、工艺提升的需求、新型行业的迅速发展等利好因素存在，而价格基本不存在暴跌的可能性，因此其更长期的（未来3-5年）增长率将能够维持在13%-15%。

图3：2008-2012年DCS市场增长

数据来源：米尔自动化网（www.mirautomation.com）

A1.短期(08-09）增长判断：

实际上DCS市场不同于FA领域，即便经济危机的影响因素存在，但是相对来说，DCS项目周期比较长。08年中期还没有明显的显现出来。

从08年第四季度开始，大型的企业集团也开始受到了波及，石化和化工行业的一些项目出现停止执行和暂缓执行，甚至出现了用户宁可支付违约金也停止执行的情况。

09年初，市场疲软的情况仍在延续。国家救市政策的出台，提振了一部分市场信心。供应商访谈显示，销售的信心有所恢复，但是没有人在访谈中称市场已经开始正式回暖，更多的是等待和观察，国家投资到位后，2-3季度的市场表现。

08-09年市场环境，和一些主要产业（譬如电力、钢铁）本身就处于产业周期低潮的叠加，致使08年增长率偏低，并且09年将会进一步下降。

A2.长期（09-12）增长判断：

中期而言，及未来的3-5年，将会有一个较长的市场恢复过程。这个过程的起点可能很快就会到来，表现为项目市场的复苏，甚至可能会达到局部的高增长。但是终点，即行业全面好转，OEM需求重返高位，需要相当长的时间，3年或者更长。

中期的利好因素主要来自国家投资和政策调整的导向。特别是核电项目在市场会有井喷性的增长。

B.行业增长判断

行业增长主要考虑其自身的行业周期和受经济危机影响程度。按照09年的增长率判断，基本可以分为3类：

20%+：对于高增长率行业当然首先应该联想到核电这个新兴市场，其局部的增长率可能达到30%甚至更高。

10-20%：以石化、化工等行业为代表，行业本身处于正周期，而经济危机的影响不大。

0-10%：项目市场中，如钢铁、建材、电力，都属于这个行业，经过宏观调控的限制后，增长率已经放缓，经济危机产生了一些影响，但不大，而随后的国家投资将会有很强的拉动作用。

表4：行业增长判断

数据来源：米尔自动化网（www.mirautomation.com）

二 新兴市场及趋势分析

1. 核电站建设风起云涌

中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2010年中国核电装机容量约为2000万千瓦，2020年约为6000万千瓦。到2050年，根据不同部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占中国电力总装机容量的30%），中方案为2.4亿千瓦（约占中国电力总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占中国电力总装机容量的10%）。

中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划，准备到2020年中国电力总装机容量预计为12亿千瓦时，核电的比重将占电力总容量的5%，即是中国核电在2020年时将为6000万千瓦。也就是说，到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。

在这一轮的核电建设大潮中，国家也明确表明了，在国家重大装备上实现国产化。因此被本土的DCS厂商选择了和中国的核电技术和设备公司进行和合作，建立合资公司。中国广东核电集团与北京和利时系统工程（股份）有限公司成立广利核公司，国家核电技术有限公司与上海自动化仪表股份有限公司合资组建国核自仪系统工程有限公司。和利时最早就有在核电装备上的应用案例，但是还没有进入核心的工艺控制，之前的应用也只是在常规岛里面最最简单的DAS系统。2008年底2009年初，Ivensys集团拿到三个核电项目，也为今后的发展奠定了基础。

核电整体不是强调高技术或者高自动化，而是强调高安全性。目前全球新建核电站采用的DCS技术基本与火电厂同步，当然考虑到核电站对DCS系统的可靠性、成熟性要求，一般会选择在火电、化工等其他领域已经具备运行经验的DCS系统作为核电ＤＣＳ的基础平台加以适应性改进或者核级鉴定。

2. 电厂环境改造欣欣向荣

全球性的保护环境运动和日趋严格的环保法规,迫使越来越多的国家在电厂设备改造上投入巨额资金。

目前的项目主要集中在节能减排方面：安排大修技改项目资金，提高项目的针对性、适用性，加大对重大技术改造项目的投入力度，依靠技术进步实现装备水平不断升级。

电力企业响应国家节能减排号召，通过深入开展节能评价，实施供热改造、通流改造、凝汽器改造、小油枪改造和疏水回收等节能项目。积极落实各项环保措施，加强环保技术监督和设备管理维护，安装烟气排放连续监测系统进行跟踪，有效控制了污染物排放指标。加快对火电机组“上大压小”、集中供热改造，对小火电机组关停。

3. 政府和民间投资促进市政行业发展

从2002年开始，国家政府开始鼓励民间资本进入市政领域，由于市政公用事业投资收益稳定，因此污水处理、垃圾处理、城市供水、供气、市政园林绿化等领域受到了民间资本的青睐。目前在内需缩水、出口不利的大环境下，投资在市政行业是一个不错的选择。和发达国家相比，中国的市政配套设施的建设远还不够完善。因此民间资本投入也在一定程度上缓解了国家的压力。同时也改善了人民生活水平。各地政府积极支持这种类型的投资。

市政行业传统的DCS应用主要在供热领域，但是实际在水处理厂也可以使用DCS进行控制。监控上也用到SCADA系统。

4. 造纸和水泥行业QCS吸引眼球

近年来，QCS（质量控制系统）在造纸和水泥行业中应用越来越普及。QCS质量控制系统不仅能够实现生产的实时质量控制，而且还可以收集、储存海量的生产数据和质量数据。对这些宝贵的数据按照生产管理要求进行精简处理，通过信息化的网络，可以给生产管理者提供快速准确的各类管理报表，使企业的生产管理达到现代化的信息化管理水平，使水泥厂真正实现生产控制自动化、生产管理信息化。

来源：http://www.mirautomation.com/2009-09-27/0000050890s.shtml

中国电力网记者　倪旻

核能的大力发展离不开核电技术的进步。虽然核电厂和传统火力发电厂在安全性和复杂性方面要求都要高很多，但是由于核电厂数量并不多，因此受关注的程度并不够。随着我国近两年ＡＰ１０００技术的顺利引进，作为核电厂”神经系统”的ＤＣＳ控制技术的发展也越来越受到人们的关注。

然而，核电技术对于安全的高要求使得国内ＤＣＳ厂家仍然面临着很高的技术门槛和资金门槛。核电厂控制系统自主化机会何在？记者就我国核电厂ＤＣＳ技术和市场发展方面的问题采访了核电站仪控系统设计技术方面专家之一—国核自仪系统工程有限公司总经理邱韶阳。

记者：目前我国核电ＤＣＳ市场发展到什么程度？

邱韶阳：目前我国核电站应用ＤＣＳ系统还处于起步阶段，首座完整采用ＤＣＳ系统的商运核电站（田湾核电站）采用了进口设备，主要是Ｓｉｅｍｅｎｓ公司和ＡＲＥＶＡ公司联合供货的Ｔｅｌｅｐｅｒｍ ＸＰ／ＸＳ平台，国内ＤＣＳ厂家在已建核电站中也提供了部分非核安全相关的设备，如电站计算机（类似与火电站ＤＡＳ系统功能）、汽轮发电机控制和给水控制等。目前在建和规划中的核电站将全面采用ＤＣＳ系统（个别项目除外），国家制定的到２０２０年建成４０００万核电装机容量将至少需要２０套以上的完整核电ＤＣＳ系统，因此核电ＤＣＳ系统市场是广阔的。

记者：全球核电ＤＣＳ技术发展到了哪个阶段，我国的技术目前处在一个怎样的阶段？

邱韶阳：目前全球新建核电站采用的ＤＣＳ技术基本与火电厂同步，当然考虑到核电站对ＤＣＳ系统的可靠性、成熟性要求，一般会选择在火电、化工等其他领域已经具备运行经验的ＤＣＳ系统作为核电ＤＣＳ的基础平台加以适应性改进或者核级鉴定。

客观地讲，我国近几年在ＤＣＳ市场有了长足的发展，但与国际先进水平还是存在差距的，这主要表现在可靠性和稳定性上。当然对于核电站ＤＣＳ系统而言，还有人机界面设计、反应堆安全保护系统设备鉴定等一些特殊法规要求的技术问题解决方案。

从市场而言，大多数新建的大容量超临界或超超临界火电机组基本还是采用国外的ＤＣＳ系统平台；新建的核电站ＤＣＳ系统还是基本进口或者在外方全面负责的情况下中方参与分包供货；国产ＤＣＳ在有些功能上还有待完善。国产ＤＣＳ在核电的全面应用需要核电站设计单位、ＤＣＳ平台制造商、业主和核安全管理部门等共同努力推进，而且必须是循序渐进、脚踏实地，通过市场竞争来实现。

记者：国内厂家在这方面发展的主要障碍在何处？

邱韶阳：如前面谈到的问题，全球范围内很难找到一个纯粹意义上的仪表厂家可以独立完成核电站ＤＣＳ系统的供货，主要原因是每个核电站总设计单位在设计每种堆型核电站时会有不同的安全设计理念，这种设计理念转化到实际设计中就会对各个专业提出不同的技术要求：对仪器控制而言，就可能需要有不同的设备平台，不同的软硬件配置，不同的硬件实体布置，不同的保护控制策略，不同的人机界面设计，不同的执行装置接口，不同的设备鉴定等要求；而且设计理念也会随着核安全法规标准要求的改变而相应修改。

由于各种原因制约，我国至今没有形成一家综合各方优势，各领域专家的核电ＤＣＳ供货商或者更大范围的核电仪控系统供货商。要迅速提高国内核电仪控系统的技术水平必须克服行业界限，抛弃名利思想和急于求成的想法，组建统一的机构，集中各方的资源，脚踏实地地去干。

记者：根据国家的相关政策，国内ＤＣＳ厂商有哪些发展的机会？

邱韶阳：从国家而言，长期以来一直鼓励核电站设备的国产化，但由于我们基础技术力量相对薄弱，前期科研投入不足，行业分工约束，盲目夸大或者自我贬低等各种原因，国产化工作一直进展较慢。靠国家政策扶植而不走市场化的道路可能无法从根本上突破国产化这个瓶颈。

第三代核电引进和技术转让合同已经签署，国家也为此成立了国家核电技术公司来全权负责引进消化吸收Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ公司所拥有的ＡＰ１０００核电站相关技术并实施国产化和研发拥有中国自主知识产权的新一代大型先进压水堆核电站。国家也批准了多个翻版改进核电站项目，这些均为国内ＤＣＳ厂家提供了发展机会，国内ＤＣＳ厂商也已经通过分包等方式介入了这些项目，这应该是一个绝好的发展机遇，但一定要为业主提供高可靠性和稳定性的产品。

记者：国内企业要想在核电控制方面有所发展，还需要哪些努力？

邱韶阳：第一，国内各个已经参与核电仪表控制系统工作的相关单位应摒弃行业界限、淡泊名利、精诚合作，发挥各自的优势共同研发适用于核电站的ＤＣＳ系统。

第二，业主的选择和国家核安全管理部门的严格审查也是国产化核电站ＤＣＳ系统必须要迈过的门槛。前者需要的是高质量和性价比好的产品，而后者不会因为设备国产化了而降低审查要求。正如国家领导人讲的，核电站建设运营必须安全安全再安全，这是根本。

第三，扩大对外合作，尊重知识产权。核电是个高投资、高风险的领域，基础研究投入很大；国外的很多成熟经验值得我们借鉴，但失去了尊重知识产权这个前提，外商的大门会关闭，国内各企业的合作大门也迟早会关闭。

第四，加大基础研究的投入，包括财力、人力的投入，提升中国仪表控制行业的整体水平，单靠核电项目来带动和支撑整个国产ＤＣＳ的产业是不现实，靠核电形象效应再去争取其他领域ＤＣＳ市场也是不可取的。

文章来源：http://www.chinapower.com.cn/article/1147/art1147804.asp

摘要：根据万吨线水泥熟料生产的特殊工艺特点，认真分析其对控制系统的要求，在此基础之上，充分发挥了现场总线技术及DCS技术两者优势，以系统集成为手段，给出一套基于Profibus现场总线协议的水泥熟料的生产线的集散控制系统（DCS），实现了对水泥熟料生产的集中管理和分散控制。
关键词：DCS，现场总线，Profibus，监控管理，水泥熟料

Application of DCS Based on Fieldbus Technology in Cement Clinker Kiln

Abstract：According to the special production process of 1 O000t／d cement clinker enterprise，we analyzed it”S request to controlsystem Based on this partition and integrating the Fieldbus technique and the DCS technique，a DCS of Profibus protocol forcement clinker enterprise is proposed The DCS realizes the centralized supervision and distributed control of the whole cement clinker production process．
Key words：DCS，fieldbus，Profibus，monitoring management，cement clinker
　　文章针对10000t／d水泥熟料的新型干法生产线，采用以基于现场总线技术的DCS控制系统，设计面向全厂生产过程的全厂计算机监控系统，实现生产过程监控管理一体化。
1 项目简介
　　枞阳海螺水泥有限公司10000t／d干法水泥熟料生产线项目，是我国建设的第一条日产10000吨的干法水泥熟料生产线。整套项目主机设备引进世界先进水泥设备供应商设备和技术，项目配套引进的DCS控制系统选用的是瑞典ABB Indus—trial IT控制系统，控制器为AC800M过程控制器，该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统，全面支持现场总线技术，系统采用全局数据库技术，实现全局一体化编程。系统通信为标准以太网，系统结构具有较强伸缩能力，系统编程采用国际化标准IEC61131—3。现场控制站采用ABB S800智能l／O 卡件，通过Profibus DP和Profibus PA协议与现场总线仪表设备进行数据通信。
2 控制系统总体方案设计
　　根据枞阳万吨线项目的实际情况，系统硬件规划采用的是ABB Industrial IT系统，实现石灰石矿山、原料调配、原料粉磨、废气处理、生料均化及生料入窑、熟料烧成和熟料入库、熟料输送至码头这一段工艺流程的过程自动化控制。
　　该系统的硬件结构按照功能自上而下分为现场层和控制管理层。
2．1 现场控制层
　　现场控制层的作用是对现场的l／O信号进行采集、运算和逻辑顺控处理，通过现场控制层网络将相关数据送入控制处理机，实现过程控制和顺序、逻辑控制。根据生产工艺流程和实际操作的需要，本生产线共设置9个过程控制站，过程控制站采用ABB公司最新的AC8OOM过程控制器，系统执行方式采用多进程周期运行方式，任务运行周期及优先级可以自由组态，系统CPU引导程序存储到闪存中，可以实现CPU软件自由升级，系统支持在线组态、在线下载，给日常的运行维护带来了极大的方便。现场过程站采用标准以太网线与操作员站及其它设备进行通信，通信网络为光纤星形冗余拓扑结构。由于该控制器运用了故障诊断的新技术，各过程控制站模件具备实时检测及远程诊测功能，考虑到万吨水泥熟料生产线对控制系统的特殊性能要求，在设计的过程中均对关键的通讯模块和控制模块做冗余配置，从而大大提高了整个系统的安全稳定性。
2.2 控制管理层
　　控制管理层的作用是实现集中操作和统一管理，通过监控系统和生产过程，实现控制方案，生成系统数据库，用户画面和报表等，从而在用户与系统功能之间提供了一个接口，使操作员能够观察过程回路参数状态，实时趋势、历史趋势和报警情况，实现设备起停，过程回路操作和参数调整等，过程工程师可以通过操作站调出过程组态画面进行操作方案组态，过程流程图组态、趋势画面及各种报表组态等。
　　系统控制管理层中央控制室，根据实际需要，设置1台工程师站，6台操作站，1台信息管理站、1台QC×管理站、3台AS服务器、2台CS服务器。
2.2．1 操作站（OS）
　　硬件平台为工业控制机，软件平台为Windows 2000 ProfessionalSP3、AC 800M／C Connect、OPC Server for AC800MC 3．2、Process Portal A、VB RunTjme 6．O，等软件。OS功能和权限由工程师站决定，操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，由于系统数据库为OPC方式，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享，互为冗余备份。
2.2．2 工程师站（ES）
　　安装Control Builder M Professional 3I2（组态软件）、Mcrosoft Visual Basic 6．0、Process Portal A， 运行在Windows2000 Professional SP3系统上。工程师站在不进行组态时可兼作操作员站使用。工程师站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，可以实现DCS系统硬件编辑、现场过程站编程、现场总线智能仪表组态、操作员站组态一体化等编程及调试。
2.2.3 信息管理站（MIS）
　　配置一台DELL服务器， 装有Windows Server 2000sP3、AC 800M／C Connect、OPC Server for AC 800MC3 2、第三方OPC 软件，使生产信息（DCS、PLC、窑胴体扫描仪等）进入工厂信息网，以供管理和决策。
2．3 系统网络
　　控制系统网络由中央监控网络和现场网络两部分组成，计算机网络将分散布局的控制站和远程站等相连接，构成一体化结构，由于系统所完成的是工业控制，具有实时反应、速度快、较高的可靠性和适应恶劣的工业现场环境的特点。
2.3.1 中央监控网络
　　中央监控网通信采用TCP／IP协议以太网，传输介质为多模光缆， 其网络为1：2冗余配置的星形网络拓扑结构，与AC800M 控制器通信速率为10Mbps，与操作站通信速率为100MBps，因各控制站比较分散，网络较长，并且是双冗余配置，故采用30套导轨安装型光纤集线器通信模件，该集线器提供双冗余供电，双路光纤接口，可以将光缆接成冗余星形结构，通信模件内置冗余管理功能，当出现故障可以在30ms内自动切换到另外一条备用线路上，同时可以诊测到故障发生位置，通信电缆采用光缆，具有较长的通讯距离和较强的抗干扰能力。信息管理站、QCX管理站做为DCS中央监控网和工厂信息网之间的网关，工厂信息网与荧光分析仪等设备采用OPC方式与DCS进行数据交换。
2.3.2 现场总线网络
　　现场总线网络是连接控制器与I／0卡件、DP／PA耦合器等设备的实时控制网络。S800 智能l／0采用Module Bus通信标准与AC800M控制器进行通信。控制系统现场总线网络采用Profibus—DP／V1现场总线标准，且总线通讯模块均配置冗余。为提高自动化控制水平，枞阳海螺10000t／d生产线上主线电机控制单元，大部分采用现场总线智能控制单元，通过Profibus—DP总线与DCS连接，极大地减少了电器柜到控制系统的电缆，通过总线可以尽可能地获得现场设备的信息，可以监视到每台智能单元控制电机的电流。
2.3.3 现场设备网络
　　现场设备网络主要连接现场仪表设备，该项目中采用Profibus—PA通信总线标准，并可以为现场总线仪表提供电源，与现场总线网络之间通过Profibus—DP／PA耦合器连接，通信速率为93．75KB／s，具有FISCO（防爆区认证）功能，可下挂127台现场总线设备，本项目中现场设备网络主要分布在窑尾预热器和窑头篦冷机处，共计5条现场总线设备网络，网上挂接现场总线式压力变送器。
3 控制系统软件设计
　　该控制系统的软件设计分为下位机（现场控制站）软件设计和上位机软件（组态软件）设计。而整个系统过程控制软件包括：过程数据输入输出，数据表示（又称为实时数据库），连续控制调节，顺序控制，历史数据的存储，过程画面显示和管理，报警信息的管理，生产记录报表的管理和打印，参数列表显示，人机接口控制，实时数据处理功能。其中具有报警检测的过程数据的输入输出、连续控制调节、顺序控制是在过程控制层的现场控制站实现的。过程画面的显示和报警记录打印等在集中操作监视层通过组态软件完成。
3 1上位机（组态软件）软件设计
　　控制管理层的软件开发采用ABB公司的Process PortalA工控组态软件。利用该组态软件平台，根据工艺控制要求进行组态画面设计，该项目设计了22幅工艺流程监控图和相应的设备起停操作画面以及参数监控画面。包括水泥熟料生产过程DCS控制系统矿山破碎系统、生料配料、生料磨系统、喂料系统、预热器系统、回转窑系统、篦冷机系统、熟料输送及储存、煤磨系统等监控画面，以及趋势图、模拟量棒图、控制回路图、设备连锁图、参数报表、报警总图等监控画面，各画面之间切换方便、快捷。各画面的操作权限均可在工程师站自由组态。
　　鉴于枞阳海螺10000t／d生产线上主线电机控制单元，大部分采用现场总线智能控制单元，在组态画面时把各电机的详信息均加入相应电机的控制面板中，操作员可方面的监控全场各个设备的动态信息（电流、电压、转速等），也可随时查阅设备的历史数据（过流、欠压等故障报警信息）。为了贯彻“安全第一”的方针，以确保设备和人身安全，在中控自动／手动启停设备前有电铃警告；重要参数异常时给出信息提示和声光报警；严格区分各操作员站和工程师站之间的操作权限，手动启停窑磨等大型设备时均有二次确认，以免造成误操作。在监控画面中，为了扩大系统的信息量，使操作员更加方便快捷的查阅工艺状况和设备信息，在开发过程中加入并丰富了鼠标右键功能，报警、趋势、报表等信息均可通过右键方便地获得。
3.2 下位机（现场控制站）软件设计
　　该系统控制器编程软件为Control Builder M软件，该编程软件是一个基于Windows环境的编程软件套件，为整个控制系统的开发提供一个统一的开发环境。该软件包采用了结构化的程序结构，提供了5种符合IEC 1 131—3标准的编程语言，即梯形图（LD）、功能块（FBD）、指令表（IL）、结构化文本（ST）和流程图（SFC），他们可在同一个应用程序中混合使用。具有离线和在线迅速切换功能，可在运行态更改数据和指令，保存动态表格，插入断点等。Control Builder M 支持在线下载、离线仿真和在线模拟，可通过图形化界面得到CPU、通讯口、I／0 模块等的诊断信息及故障信息。
　　该项目在现场控制站程序的开发过程中采用基于C语法的sT语言和FBD相结合地形式进行联合编程。现场控制站程序主要完成设备的逻辑控制以及各种热工参数的采集。因此现场控制软件由I／0模块的初始化程序、系统的逻辑控制程序、模拟量处理程序、回路控制程序和各控制站之间及控制站与远程I／0 站之间的通讯程序组成。
　　逻辑控制部分主要完成设备的启停以及相关的故障处理。
　　生产线上所有设备的运行方式可分为本地控制和集中控制两种方式。本地控制是为现场设备安装、调试和维修方便而设计。集中控制又分为连锁控制和单机控制。在正常生产过程中。设备处在集中控制的连锁模式下，电机和各种阀按程序进行启停控制。当出现紧急事故时可以全线停车，以保证人身和设备的安全。单机控制方式是指非连锁方式下，各设备可以单独启动和停止。不需要严格的启停顺序。这种方式适用于DCS系统对设备的单机试车、设备安装和调试。
　　模拟量处理程序主要是对现场采集过来的模拟信号进行工程值转换、报警处理和趋势记录等。
　　在本系统中回路控制较多。主要有原料配料控制、窑尾喂料量控制、窑头喂煤量控制、分解炉温度控制、增湿塔回水控制、篦冷机风机阀门控制等。其中原料配料采取基于模糊PID的前馈控制，原料配料系统由四台定量给料机（石灰石、硫酸渣、砂岩和粉砂岩）及相应的板式给料机组成，单个控制回路的控制框图如图1所示。

其中总喂料量和各原料的配比来自质量控制系统（QCX），根据工艺要求，在设计配料程序时，通过总喂料量和配比先计算出石灰石的给定值，为了减少扰动对控制系统的影响，将石灰石的实时反馈值乘以其余各原料的比例系数，从而得出其余三种原料的给定值。
　　在运行过程中，程序根据模糊推理机对给定的分析结果，及时的调整控制对象（定量给料机或板式给料机），实时的调整相应的PlD参数。当给定较大时，为了加快响应，选用板式给料机为控制对象，定量给料机全速，此时为控制料层厚度的前馈控制；当给定较小时，为了减少波动，选用定量给料机为控制对象，板式给料机低速；当给料量居中时，采取同时对定量给料机和板式给料机进行PID控制的策略，从而大大提高了配料系统的相应时间、控制精度和稳定性。
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转摘自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_609564fe0100dukf.html

英维思

来源：http://bbs.hgbbs.net/thread-99111-1-1.html

作者：李日龙 赵振雄 王宝华
摘要：山西神头二电厂对电气监控在分散控制系统DCS中的应用进行了积极大胆的尝试与探索。文中结合电力规划设计总院对电气监控进入DSC的范围的要求，介绍了电气DCS系统概况、电气监控的特点及纳入况DCS的范围，分析了在DCS中实现电气监控的方案及其优缺点，提出了设计、施工中存在的
　 　
根据《火力发电厂设计技术规程》(DL5000-2000)和部颁新厂新办法的有关规定，要实现机、炉、电统一的单元集中控制，使单元控制室的机、炉、电控制水平协调发展。因此，电气监控在DCS中的应用，尤其是电气在DCS中的控制愈来愈受到各方关注。
目前国内电厂的现状是:300W及以上机组，单元控制室的电气数据采集和监测大都已通过DCS实现，并有少数电厂电气系统的控制也不同程度地由DSC实现。此外国外电厂单元控制室电气系统控制由DCS控制也有应用，并有部分供货商有较成熟的经验。所有这些都为单元控制室电气系统进入DCS控制创造了有利条件。
一、有关规定
国电公司电力规划设计总院于1995年底在北京主持召开了电力系统各有关单位和西门子、ABB、贝利等国际知名公司电气、热工自动化等专业参加的”单元控制室电气控制系统”研讨会，会议交流了专家们提出的电气系统控制进入DCS的方案和设想，会议认为应根据国内具体情况及国外供货商经验，选择试点工程将电气控制系统由DCS实现，逐步提高单元控制室电气系统控制水平，会议建议电气控制纳入单元机组DCS的范围:(1)发电机、变压器组，由DCS实现数据采集和控制;(2)厂用电源系统，由DCS实现数据采集和控制;(3)直流系统UPS等，由DCS实现数据采集。
发电机励磁系统自动电压调整器(ARV)、自动准同期装置(ASS)、主设备保护等应采用成熟的技术和产品，与DCS有必要的接口。会议明确了电气专业工作范围:要求电气专业对纳入DCS的电气监控功能负责，向热工专业提交有关的I/O清单，数据采集和处理功能(包括:画面、制表、SOE、点、性能计算等)以及控制逻辑设计要求等，从电气专业角度对DCS系统总的要求提出意见，参加DCS系统中电气有关部分的技术谈判。会议还要求单元控制室电气监控由DCS实现应采取积极稳妥的步骤，可先在一些条件较好的电厂(包括成套进口机组)进行工程应用，在取得经验的基础上再逐步推广。试点工作应取得业主及运行单位的支持，应选择有成熟经验的供货商。试点应用工程应按单元机组由DCS实现监控的原则进行设计。不应重复设置过多的后备监控设备。
二、电气监控的特点
山西神头二电厂DCS系统采用贝利控制公司INFI-90分散式控制系统。
电气系统与热工自动化相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点，电气的主要特点表现为：
2.1 电气设备相对热工设备而言控制对象少，操作频率低，有的系统或设备运行正常时，时常几个月或更长时间才操作一次。
2.2 电气设各保护自动装置要求可靠性高，动作速度快。发变组保护动作速度要求在4Oms以内；自动准同期采用同步电压方式，转速、电压调整和滑压控制要求在5ms以内;电压自动调整装置快速励磁要求时间极短;厂用电快切装置快速切换时间一般小于60～8Oms，同步鉴定相位差5°～20°。
2.3 300MW及以上机组一般每2台机组共用1台起/备变，任一机组检修都不能影响另1台机组的正常运行，因此DCS控制应考虑其控制方式，确保只能有1台机组的DCS实现对共用部分的控制，同时另一机组DCS能够实现实时监视，并且这种操作控制权能实现切换。
2.4 电气设备电气系统的联锁逻辑较简单，但电气设备本身操作机构复杂。
针对以上特点，神头二电厂#1机组的电气系统纳入DCS控制(#2机组的电气系统DCS改造将列入计划)，要求控制系统具有极高的可靠性。除了能实现正常起停和运行操作外，还能够实现实时显示异常运行和事故状态下的各种数据和状态，并提供相应的操作指导和应急处理措施，保证电气系统自动控制在最安全合理的工况下工作。
三、电气监控进入DCS的范围
因为当时国内对电气监控进入DCS的范围还没有相关规定，也没有经验可以借鉴，专家对此还是非常慎重。所以，进入DCS的控制范围只是限于厂用电系统。同时为了安全可靠起见，在发电机电气控制盘上仍然保留厂用电系统的硬手操作后备而不用。
根据单元机组的运行和电气控制的特点，神头二电厂采用了将发电机—变压器组和厂用电源等电气系统的控制都纳入DCS监控，从升压站(不包括升压站)至电厂侧的所有主厂房内电气系统均纳入DCS监控，主要系统归纳为:
3.1 主电源系统(#1发电机、#l励磁系统、#1主变、#1厂高变、起备变)
1)发电机同期:发电机自动同期与DCS的接口。
2)数据采集与监视:发电机定子三相电压、定子三相电流、励磁电压、励磁电流、负序电流、有功、无功、频率、功率因数、有功无功电量，主变高压侧单相电压、三相电流、中性点电流、有功无功电量、油温、高低压绕组温度，励磁变压器高压侧绕组电流、有功电量。
3)励磁系统装置的运行状态和励磁开关的状态监视，励磁系统整流设备与控制装置故障及异常报警。
4)继电保护装置动作报警。
5)#1高厂变分接头的指示及控制(升、降)及分接头位置状态。
6)起备变分接头的指示及控制(升、降)及分接头位置状态。
3.2 22OKV开关站系统
221断路器控制及位置指示、部分隔离开关、部分地刀的状态监视;断路器、刀闸分、合、故障状态。
3.3 厂用电系统
1)厂用电系统数据采集与监视:6KV、380V母线电压，工作进线及备用进线电压、电流、有功无功电量，馈线电流、有功电量。
2)厂用段与公用段联锁、自动切换。
3)厂用电系统故障及异常报警:工作进线及备用进线及低变馈线开关的故障及异常。
4)厂用电系统开关状态监视:工作进线及备用进线及低变馈线开关的分、合、故障、试验位置状态。
5)厂用电切换操作。
3.4 公用段系统
1) 公用段系统数据采集与监视:6KV、380V母线电压，工作进线及备用进线电压、电流、有功无功电量，馈线电流、有功电量。
2) 公用段与厂用段联锁、自动切换。
3) 公用电系统故障及异常报警:备用进线及低变馈线开关的故障及异常。
4) 公用段系统开关状态监视:工作进线、备用进线、段上开关开关及分、合、故障、试验位置状态。
5) 公用电切换操作。
3.5 外围系统
主厂房外辅助系统的电气系统如输煤、化水、制氢、电除尘等没有纳入DCS系统中
3.6 DC直流系统
1)数据采集:直流母线电压。
2)充电装置、蓄电池组及配电装置的故障及异常报警
3)6KV开关装置380V直流控制电源消失报警。
综合以上几个方面，纯电气在DCS中的点数为2247点，占DCS总点数的15%左右。其中包括发电机-变压器组的并列及解列控制、22OKV开关启备变进线开关的控制、厂用电系统的控制及切换，发电机同期、励磁系统及厂用电各用电源切换都与DCS有接口，电气系统的数据采集监视和故障异常报警也全在DCS中实现。上述范围达到并超过了[纪要]中的要求。
四、电气系统监控分析
4.1 采集与监视
现场电气范围内的信号种类有电压、电流、功率、频率、功率因数、温度等模拟信号和电度脉冲信号。其中电度量脉冲信号经中间端子柜内的频率/电流转换器变成4-2OmA的信号。所有这些信号从现场硬接线引出后先进中间端子柜，经中间端子柜送往PCU柜
4.2 设备状态
现场的电气范围内的设备指示主要是指开关、隔离开关、接地刀闸的分、合、故障等状态。其中，开关有合闸、分闸、故障和准备好四种状态，地刀有分闸、合闸两种状态。以上各种状态在CRT上都有指示。
开关位于主厂房内的开关室，其状态直接由位于开关装置上的辅助接点送到中间端子柜进入DCS。而22OKV、5OOKV系统的开关、隔离开关和地刀位于远离控制室的开关站，其状态先送到控制室辅区的中间继电器柜，经中间继电器柜将接点数目扩充后，一部分接点送22OKV、5OOKV控制盘，另一部分接点送到PCU柜进入DCS。这样避免了所有电缆都从开关站接，节省了大量电缆。
4.3 设备故障及异常报警、继电保护动作报警
电气设备所有的故障及异常信号和继电保护动作信号都送入DCS，而送到集控立盘上光字牌的信号，原则是:预告信号—–送到GEB盘上的光字牌，某一设备保护跳闸的事故信号相加后送到GEB盘上的光字牌，至于是哪种保护动作起动跳闸，须在CRT画面上查找。本来合同要求是将预告信号和保护跳闸事故信号一一都上光字牌，只是由于上光字牌的信号太多，GEB盘上容纳不下，所以经双方讨论才形成该原则。这样可以一目了然地提醒运行人员对预告信号引起注意，采取措施，防止扩大事故。
报警信号为数字输入信号，它经中间端子柜送入AS的FM2l0输入模件，经CP将信号从AP中送到OM系统，光字牌信号由AS的FM5l1输出模件送到GEB盘上的光字牌。当报警信号出现时该信号对应的窗口闪光。光字牌信号GEB盘上有声光报警。
4.4 电气控制
在DCS中实现的电气控制主要是指开关分闸及合闸控制，刀闸返回信号。
对5OOKV、22OKV系统而言，发电机-变压器组出口断路器在DCS中控制并显示其运行状态，主刀闸显示其运行状态。启动备变压器高压侧断路器在DCS控制，隔离开关在DCS中画面显示。所有开关、隔离开关和接地刀闸的联锁控制逻辑和中、低压厂用电系统的控制联锁逻辑都在DCS中实现，因此在DCS中的控制相对复杂一些。
4.5 后备监控设备的配置
根据采用DCS控制的机组的运行经验，系统控制中来用DCS以CRT和键盘监控为中心后，尽可能地减少控制盘台上的显示仪表、操作器/开关、报警窗等，仅保留的后备监控设备为:
(1)模拟量信号全部进DCS显示，盘上仅保留少量显示仪表。
(2)只保留少量的重要电气开关并取消电气控制屏/盘，控制功能在DCS实现。关于手动同期开关的保留与否，由于自动准同期装置产品的可靠性已越来越高，取消手动同期开关。保留的后备手操开关为:发变组断路器紧急跳闸按钮。
(3)报警光字牌数量保留20个左右，与热工报警合并在一起，既减少了设备的种类，又便于布置。
神头二电厂原电气操作、监控立盘和卧盘已全部拆除，报警光字牌数量减少到30个左右，保留了发变组断路器紧急跳闸按钮。
4.6 电气CRT画面
电气DCS操作画面，按照电气系统和操作功能划分为11个画面，分别显示各自的系统状态并提供操作功能，包括了:
1)6KV厂用系统
显示功能:6KV系统参数;系统图中开关状态，联锁回路状态;
操作功能:6KV系统所有电源开关的操作(通过同期操作的6KV开关除外);380V所有显示开关的操作;厂用380V联锁回路的操作;直流系统的显示。
2)6KV公用系统
显示功能:6KV系统参数;系统图中开关状态，联锁回路状态;
操作功能:6KV系统所有电源开关的操作(通过同期操作的6KV开关除外);380V所有显示开关的操作;公用380V联锁回路的操作。
3)电气主画面
显示功能:电气主系统，主设各的参数;电气主系统的开关状态，刀闸状态;
操作功能:5012,5013开关试验状态下的操作和运行状态下的断开操作;5012,5013开关试验状态下的操作是指5012-1、5012-2在断开状态下操作5012,5013-1、5013-2在断开状态下操作5013;灭磁开关的操作。
4)12BT2O 1#启动变画面
显示功能:启动变的运行参数，启动变6KV侧电源开关及与其他电源的联络开关的状态;联锁开关联络功能的投退;联络线路的运行参数;
操作功能:启动变分接开关的调整，风机的起停，221开关的操作，联络开关的断开及联锁投入，12BLO2、12BMO2开关具有手合、手跳功能，以便于在启动变检修后的送电操作。
5)lBTlO 1#高厂变画面
显示功能:高厂变的运行参数，高厂变6KV侧电源开关及与其他电源的联络开关的状态;联锁开关联络功能的投退;联络线路的运行参数;
操作功能:高厂变分接开关的调整，风机的起停，联络开关的断开及联锁投入。
6)厂用系统电量平衡图
厂用系统的开关状态及电量显示。
7)公用系统电量平衡图
公用系统的开关状态及电量显示。
8)励磁画面
显示功能:发电机的主要电气运行参数，励磁调节器的运行状态;
操作功能:发电机励磁的起、停、增、减;励磁调节器的信号复归，远方切B。
9)同期画面
显示功能:同期系统的运行参数，同期开关的选择状态，同期系统有关开关的状态以及同期系统的运行状态;
操作功能;同期开关的选择及解除选择，同期装置的投退。
10)保警画面
利用画面的功能键的提示，直接进入本画面，显示有关报警信号的详细内容。
11)画面功能键
在每幅画面的上方，都有一个功能键条，用来操作画面的切换和显示翻看报警信号。
五、问题及建议
对电气监控在DCS中的应用，为实现机、炉、电统一控制和统一管理，使单元控制室机、炉、电控制水平协调发展，取消电气监控的硬手操作后备，完全依靠DCS。以下是我们在设计及安装中遇到的问题和建议，请大家研究和探讨。
5.1 电气微机保护、控制与测量装置与DCS的接口问题
现在微机元件保护、微机线路保护、微机控制与测量装置使用愈趋普通，这些装置大都配有通讯接口，其通讯功能也愈趋增强，这就为其与DCS系统通讯创造了条件。目前的设计原则仍然是用硬接线电缆将这些装置的信号送到中间端子柜，再到DCS。建议用通讯电缆将这些装置的通讯接口与DCS通过通讯接口连接起来。需要注意的是，在设备采购过程中，要规定微机装置的通讯规约必须是标准规约，并且对微机装置的通讯功能、通讯内容(如模拟量、开关量等)提出具体要求。这样，只要在EWS中进行简单组态就可以实现设备的监控功能。
5.2 电气与热控专业的界面设备问题
目前国内的电厂在检修维护及技术管理上电气与热控专业仍然为不同的管理单元。因此客观存在电气与热控专业界面分工问题。一般来讲，电气专业范围内的电气量自现场到中间端子柜端子排范围的检修维护及技术管理工作是由电气专业负责的;中间端子柜端子排至DCS以内的范同全部由热控专业负责 。因此，供货商在设计上将电气的电气监控量在中间端子柜及DCS继电器柜的布置，安排在独立的或相对集中的位置上是必要的。这样可以容易分清责任，对专业管理是非常有益的。
5.3 电气与热控专业的界面管理分工问题
电气与热控专业的界面和分工问题，在《纪要》中也作了规定。计算机应用范围推广，使得专业界面更加模糊，专业渗透面及深度更加深广。往往接口界面是最容易出问题的地方。为了成功地将电气监控运用在DCS系统中，电气、热控专业应分家不分工。电气专业应学习熟悉DCS系统，热控专业也应学习熟悉电气系统。电气、热控应紧密配合，相互合作，打破专业界限。热控专业应了解电气专业的一些基本运行方式、操作要求、联锁要求、电气控制和保护的原理等。电气专业熟悉了解DCS配置、性能、基本模块功能及组态等。做到能发现对方所出现的问题。电厂的运行、检修管理要能适应这一发展要求，制定相应的规章制度。
5.4 DCS投入与厂用电受电工期配合
厂用电源控制纳入DCS后，由于不设独立于DCS的硬手操，在倒送厂用电时，DCS一般尚未投运，此时高压启/各变、高/低压厂用电源操作无法实现，故要求DCS设备安装、调试及投运在工期上予以配合。在厂用电设各安装调试的同时，开展了DCS的安装调试，特别是与厂用电有关的子系统的调试，使其投运在倒送厂用电之前，以满足电气倒送厂用电、厂内各工艺系统的分部试运行的要求。
六、结束语
山西神头二电厂#1机DCS系统从2001年11月26日机组并网至今已经运行半年多时间。从电气监控方面来看，运行情况良好，电气系统的各项功能(包括开关、联锁、SOE报警以及报表显示、仪表显示等)均能正常投入，没有出现拒操、误操、逻辑误判断等异常情况。电气监控功能达到了设计要求，电气监控在DCS中的应用是成功的。我们希望DCS系统在神头二电厂的应用能为以后同类工程提供借鉴，提供一些成功的经验，同时诚恳地期望同行能为我们提出宝贵的意见，使电气监在DCS中应用日趋完善，

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