DCS立功十余載 如今成雞肋？
DCS立功十余載 如今成雞肋？
導讀：1975年美國霍尼韋爾(HoneyWell)**套分布式控制系統TDCS-2000問世以來，分布式控制系統已經在工業控制的各個領域得到了廣泛的應用，以其高度的可靠性、方便的組態軟件、豐富的控制算法、開放的聯網能力，逐漸成為過程工業自動控制的主流系統。
迄今，全世界數百家廠商已經開發了各種類型的分布式控制系統1500余種，DCS以其先進、可靠、靈活和操控簡便以及合理的價格而得到廣大工業用戶的青睞，廣泛應用于冶金、電力、化工、石油和造紙等工業領域。
在過去的十多年里，DCS廈門宇電無紙記錄儀www.ygja.cn/在火電廠的廣泛應用極大地提高了火電廠自動化水平。
1.火電廠DCS應用所取得的成績和存在的問題
在過去的十多年里，DCS在火電廠的廣泛應用極大地提高了火電廠自動化水平。
(1)作為機組監視和控制的主要手段。在機組分部試運行和整機啟動調試過程中，DCS已經能發揮作用，加速了機組安裝調試的進程；機組正式移交生產時保護和控制系統的主要功能均已能投入使用；為確保機組**經濟運行作出了貢獻。
(2)廣大運行人員已經開始熟悉和信任CRT/鍵盤操作方式，并正在逐步擺脫對常規儀表和控制設備的依賴。300MW及以上火電機組均實現了單元集中控制，在單元控制室里實現對機組正常運行的監視和控制；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一操作創造了條件。
(3)電廠輔助生產車間和輔助生產系統(如輸煤、除灰、化水等)均采用微機型可編程控制器，實現順序控制。
(4)DCS完全依賴國外進口的局面正在開始改變，國內自動化儀表制造行業和電廠自動化研究單位通過技術引進和技術合作，在工程實踐中逐漸積累經驗，已經能獨立承擔DCS系統組態和應用軟件設計、現場調試和培訓工作，為降低DCS的造價作出了貢獻。
但是，同發達國家相比，還存在以下幾方面明顯的差距：
(1)盡管隨著調試、運行經驗的積累，DCS的可靠性已經大大改善，但是DCS使用中的隱患依然存在，硬件故障率高，死機現象、冗余切換故障等仍然時有發生。某些DCS的功能，如性能計算、機組自啟停、組級順控邏輯、操作指導等，在許多電廠中還未能投入，DCS在提高機組經濟性方面的效能還沒有充分發揮出來。由于缺乏切實可行的測試方式和手段，有些DCS性能指標無法進行考核和驗收，許多性能指標遠沒有達到。
(2)DCS主要依靠進口，國產化進程跟不上DCS技術發展和更新的速度，由于DCS市場競爭激烈，價格被壓得很低，DCS供應商在工程設計和應用軟件開發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用軟件停滯不前，先進控制軟件不能推廣應用的局面。
(3)國內大專院校和科研單位，在先進控制軟件和優化軟件開發方面，也取得了一些成果。但是，由于沒有同DCS制造廠密切結合，未能及時將研究成果產業化。
(4)電廠自動化設計工作仍處于較低水平，遠遠跟不上DCS和控制技術的飛速發展。由于電廠采用DCS之后，控制邏輯均由計算機電力軟件完成，控制系統邏輯設計的大部分工作從電力設計院轉移至DCS制造廠，這意味著DCS制造廠應對控制系統性能負主要責任，電力設計院智能調節器www.ygja.cn/僅承擔編制技術規范書、提供基礎資料和控制要求、確認DCS制造廠圖紙文件和安裝接線設計等工作。設計院往往忙于安裝接線設計，忽視對于控制邏輯圖的確認和控制策略的研究，加上較少深入參與系統驗收和調試，久而久之，電力設計院在控制系統設計方面的技能和專長逐漸衰退，也無法對DCS技術有更深入的認識，不能及時解決DCS調試和投運過程中遇到的問題。多年來DCS技術規范書一直未能作過實質性修改和更新。
(5)由于DCS市場競爭激烈，各DCS廠商的技術優勢和市場份額也不斷變換，兼并和重組時有發生；而用國產DCS系統也有了一定發展；因此，迫切需要對推薦的DCS供應商名單作適當調整，并著手制定更靈活、更規范的DCS采購政策，使得技術上處于優勢的DCS系統能盡快在我國火電廠得到應用。
2.火電廠自動化發展的新課題
廠網分開、競價上網，用戶選擇電廠是市場經濟發展的必然趨勢。面對電廠走向市場的嚴峻形勢，電力設計的任務不再僅僅是設計一個技術先進或造價低廉的電廠，而應當是設計一個面向市場、具有競爭力的電廠。電廠自動化設計必須有新的思路和新的突破。
2.1進一步擴大DCS的應用范圍
(1)為了使機爐電單元控制水平和單元控制室布置更加協調，真正過渡到機爐電統一操作，實施單元機組集控值班，把DCS的應用范圍擴大到發電機—變壓器組和廠用電系統的控制，是合乎邏輯的發展。國家電力公司熱工廈門宇電巡檢儀www.ygja.cn/自動化領導小組已決定加速電氣控制納入DCS的試點和推廣應用的步伐。目前正在著手制定有關技術規定，研究解決電氣控制對DCS的特殊要求，廠用電公共系統控制方式、后備操作設置等問題。
(2)在擴大DCS應用范圍時，盡管用DCS實現DEH、MEH和AVR、ASS及電氣保護等功能，在技術上不存在困難的，但考慮到這些系統對機組**運行的關鍵作用，以及傳統上是隨主機成套的現實情況，目前仍采用專用裝置為宜，但應妥善解決與DCS的接口問題。
(3)鑒于DCS正向開放系統發展，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電廠輔助生產系統監控，減少輔助生產系統控制點創造了條件。電廠中的輔助生產車間和系統很多，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系統也有不同的管理方式，因此對新建電廠，在設計初期就應當作好總體設計，合理確定電廠輔助生產系統的控制方式和控制點設置，明確DCS與PLC的接口方式，為實現輔助生產系統單元控制室監控創造條件。
2.2進一步提高DCS的功能
隨著微電子技術的發展，DCS分散處理單元(控制器)的存貯能力、運算速度成倍提高，能完成更復雜的數值和邏輯運算。DCS正被賦予越來越強大的能力。
近年來，國外在DCS應用領域里，主要在以下幾個方面有所進展：
(1)擴充了標準控制模塊(算法)庫，特別是增加了先進控制模塊，如模型參數預估器、Smith控制器、模糊控制器、狀態變量控制器等，并已經在電廠控制系統中得到了應用。
(2)開發了許多專用的先進控制軟件和優化軟件，如Bailey公司開發的“燃燒控制優化軟件”、“給水加熱器熱力優化軟件”、“自由壓力運行(freepressureoperation)機爐協調制策略”；又如ABB和Siemens公司開發的機組優化控制系統MODAN和NUC，以及采用凝結水節流的機組控制模塊(unitcontrolusingcondensatethrottling)都已經取得了許多使用業績。
(3)開發了許多機組性能診斷和性能優化軟件，如OPTIMAX軟件包(ABB)；SR4機組性能分析和優化軟件包Steag－ketek；TDY－DKW汽輪機效率分析軟件包(Siemens)；DEB500協調和自動化軟件包(MCS)等等。
OPTIMA－MODI軟件包是一個專家系統，可以向操作員提供過程診斷信息，實現操作指導，該軟件已經在美國Roxboro電廠使用。DEB500協調和自動化軟件是美國電力研究院和MCS公司共同開發的，用于改善調峰(cyclicoperation)機組的監視和控制，以滿足熱電聯產電廠(cogenerator)和獨立發電廠(IPP—IndependentPowerProducers)迅速增加，廠網分開，對電廠自動化提出的新要求。
DEB500軟件包包括三個部分：
—電廠自動化協調器(Plant Automation Coordinator)
—電廠過程制約協調器(Process Constraint Coordinator)
—電廠評估監視器(Plant Assessment Monitor)
其中，電廠自動化協調器，包括了：
—單相設備的控制算法
—功能組控制算法
—電廠啟停操作指導算法
它可以適應不同程度和范圍的自動化策略，從單個輔助設備的自動化直到用一個按鈕起動整套機組。該自動化協調器已經在美國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的應用水平，我們應當加大應用軟件開發的力度。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)，設計出完善、先進的控制邏輯，并適當引進國外先進控制和優化軟件，組織消化吸收，以便洋為中用。對于國內已經開發成功的應用軟件，應適當創造條件在實際工程中采用，以加速產業化。
2.3關于DCS采用物理分散布置和現場總線技術
在80年代中期，物理分散曾作為DCS的主要優點被大肆渲染過，但在我國大多數火電廠并未采納物理上全分散的方案或僅采用了部分遠程I/O廈門宇電溫控儀www.ygja.cn/。原因是DCS制造廠和電廠都希望電子設備能工作在較好的環境下；電廠考慮檢修調試方便，都不愿意承擔物理分散帶來的風險。
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硬件可靠性和環境承受能力不斷提高，系統通訊技術不斷發展，DCS硬件物理分散布置方案又成了人們關注的熱點。筆者認為DCS物理分散方案不應當一哄而上，應當對當前DCS在電廠應用情況和DCS硬件對環境的要求，作深入調查之后逐步實施。目前，可以首先擴大遠程I/O的使用范圍。大多數DCS遠程I/O模塊的工作環境溫度為0～50℃(個別系統可達0～60℃或0～70℃)。各DCS遠程I/O柜防護等級也不盡相同，因此，遠程I/O的安裝地點應在設計中精心地選擇，既要盡可能接近測點或被控設備，又要有較好的環境條件，必要時機柜應當加裝空調或通風設施。另外，可將電子設備室分成幾個，將控制器(或分散處理單元)分散布置，以達到減少電纜的目的。
DCS物理分散方案，可以同現場總線(fieldbus)技術的應用密切結合?，F場總線是用于現場儀表設備(智能型，帶通訊接口)與控制器之間的一種開放的、全數字化、雙向的通訊系統。
采用現場總線技術，可以提高系統精度，改善控制品質，簡化控制系統機柜，大量減少電纜，便于調試和維修。有資料估計，與常規系統比較，采用現場總線技術，可使電纜、調試和維修成本節省約40％以上。
現場總線技術的關鍵是：制定國際現場總線通訊技術標準；按照標準生產各種自動化產品——傳感器、執行器、驅動裝置及控制軟件。由于種種技術和商業上的復雜因素，現場總線的國際標準至今沒有出臺，而處于眾多現場總線標準并存的局面。但是由于現場總線技術誘人的優越性，現場總線產品的開發和現場總線技術的應用依然取得了很大的進展。
目前世界上現場總線有40多種，影響較大或應用業績較多的有：
—FF(FieldbusFundation)
—Profibus
—WorldFIP
—LONWORKS
—CAN
其中，PROFIBUS已經成為德國國家標準和歐洲標準。支持該標準的產品，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產品。PROFIBUS在我國火電廠也有應用實例，主要是用于連接遠程I/O和電廠輔助生產系統中的PLC。
由于現場智能化儀表價格較高，現場總線技術在電廠使用業績較小，現場總線技術在我國火電廠中的推廣應用尚需時日。但是，現場總線技術的出現，給自動化儀表領域帶來了又一次**，基于現場總線的控制系統(FCS—FieldbusControlSystem)在不久的將來必將取代傳統的DCS。因此，我們也應當積極跟蹤現場總線技術的發展，有步序地在火電廠中應用。在目前現場儀表設備不完全具備現場總線通訊接口的情況下，可首先采用現場總線連接遠程I/O或PLC，在電廠輔助生產系統中加以推廣。
2.4加速電廠管理自動化的進程，提高電廠綜合自動化水平
目前電廠自動化設計主要針對電廠工藝過程的控制和監視，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，還應當千方百計降低運行和維護費用，縮短檢修時間，提高設備使用壽命，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(PlantManagementSystem)，實現實時信息、檔案資料、設備維修、財務、人事管理以及辦公室自動化。由于MIS是在投產后添加的，其同已有控制系統的接口難以做到完善和規范。為了適應工廠管理自動化的要求。國外不少DCS廠家已經開發了許多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用。許多DCS在系統總體結構上也增加了電廠管理層，以實現與MIS的無縫連接，這些都為實現電廠MIS功能創造了條件。因此，應將MIS納入電廠自動化設計范圍，綜合考慮電廠過程自動化和電廠管理自動化，并引進和開發電廠性能優化軟件、設備管理軟件以使電廠管理水平有實質的改善。
另外，為適應電廠競價上網的要求，電網的負荷調度將從EMS直接控制機組轉變為控制電廠，由電廠按各機組的運行情況分配負荷，完成電廠負荷經濟分配任務。這也是應當認真研究的課題。
3.改進火電廠自動化設計之我見
面對電力工業新形勢和技術高度發展所提出的新挑戰，電廠自動化設計工作應當在以下幾個方面有所前進：
(1)不斷跟蹤DCS技術發展，特別是現場總線技術流量積算儀www.ygja.cn/的發展。研究先進的控制理論和策略在電廠中的應用，消化和吸收國外的先進控制算法和優化控制軟件。在深入學習大型機組運行操作經驗的基礎上，探索和開發符合中國國情的機組控制策略和軟件。
(2)學習和研究燃氣輪機和聯合循環電廠以及循環流化床鍋爐控制技術。
(3)根據技術發展和電廠需要，修改和更新DCS技術規范書，制定適合國情的DCS的評標辦法，規范DCS的招標和采購工作。
(4)大力研究控制室設計，解決電氣控制進DCS、應用大屏幕顯示、減少和取消常規儀表等給控制室設計帶來的新問題。改善電纜和設備布置設計，以適應DCS物理分散的要求。
(5)把MIS設計納入電廠自動化設計范圍，在總結現有電廠MIS使用經驗的基礎上，編制MIS技術規范書。研究由于電廠競價上網對電網負荷調節、電廠負荷分配和機組負荷分配和機組負荷控制等方面所提出的新問題。
(6)改善設計管理，促進專業重組
目前，我國電力設計院的管理模式和專業設置，遠遠不能適應電廠自動化的發展，必須盡快進行改革和重組。這包括與自動化有關的專業重新優化組合，重新規定各專業的工作分界線，以利于電廠綜合自動化水平的改善以及設計深度和質量的提高。