PDF《火电厂分散控制系统的发展概况与展望》

火电厂分散控制系统的发展概况与展望 张文生 (东北电力学院 ,吉林省吉林市 ,132012) [摘要] 分散控制系统(DCS) 在我国火电厂的应用日益增多 ,火电厂对 DCS 性能的要求也越来越高.

为此 ,DCS 生产厂家纷纷改进各自的产品.目前 ,经过改进 ,DCS 的开放性更好 ;

采用通用工作站 ;

DCS 与电厂的 MIS 网连接 , 成为管理、 控制一体化的系统 ;

采用光纤作为 DCS 局域网的通讯介质 ,传输速率快、 通讯距离长、 抗干扰能力强 ;

DCS 与PLC 相互融合 ;

软件进一步完善 ,实现了解耦控制、 自适应、 Smith 控制、 锅炉和汽机协调控制、 电厂的负荷调节、 控 制等.由于现场总线控制系统(FCS) 的优越性 ,今后 ,火电厂的控制系统必将由 FCS 取代. [关键词] 火电厂 DCS 历史 进展 FCS 中图分类号 :273 + .

5 文献标识码 :A 文章编号 :1000 - 7229(2001)

12 -

0015 -

03 Developing Survey and Prospect of DCS in Thermal Power Plants Zhang Wensheng (North - east China Electric Power College ,Jilin City ,Jilin Province ,132012) [ Keywords] thermal power plants ;

DCS ;

history;

development ;

FCS 分散控制系统 DCS (Distributed Control System) 自70 年代中、 后期在我国火电厂应用以来 , 已在数 据采集、 模拟量控制、 顺序控制、 炉膛安全监控等各 个领域成功地应用.DCS 具有优异的功能 , 如控制 功能分散、 操作管理集中、 CRT 画面显示、 趋势显示、 历史数据显示、 信息共享等 ,DCS 的使用 , 极大地提 高了火电厂自动化水平.近来 , 新投产的

300 MW 及以上的机组 ,几乎全部安装了 DCS.国外比较典 型的DCS 产品有:HONEYWELL 的TDC3000 ;

FOXBORO 的I/ A Series ;

BAILEY CONTROL 的INFI -

90 ;

WESTINGHOUSE 的WDPF ;

L&

N 的MAX -

1 ;

Y OK OG AWA 的CENTUM - XL 等 ,如表

1 所示.国内 的DCS 产品有 :浙大自动化公司的 SUPON JX -

300 ;

北京和利时自动化公司的 HS -

2000 ;

新华控制工程 公司的 XDPF -

400 等.表2为我国合资生产或自行 开发 DCS 的部分厂家和产品.

1 DCS 的发展历史

1975 年,HONEYWELL 公司推出了 TDC2000 ,开表1部分国家的 DCS 系统 国别 公司名称 系统名称 美国HONEYWELL TDC -

2000 ,TDC - 2000/ PM FOXBORO SPECTRUM ,I/ A SERIES FISHER AND PROTER DCI4000 ,DCI SYSTEM

6 AUTECL DATA SYSTEM DAC6000 LEEDS &

NORTHRUP MAX1 ,MAX100 BAILEY CONTROLS NETWORK

90 , INFI -

90 TAY LOR INSTRUMENTS MOD300 MOORE PRODUCTS MYCRO Ⅱ, MYCRO APACS PROCESS SYSTEM MICON Ⅳ BELL &

HOWELL SYSTEM

200 日本山武 - HONEYWELL TDCS -

2000 横河( Y OK OG AMA) CENTUM ,CENTUM - X L 日立(HITACHI) UNITROL ∑ 北辰 900/ TX 富士 MICREX 东芝 TOSDIC 德国SIEMENS TELEPERM - ME BBC PROCONTROL I AEG LOGISTST CP800 VDO MICON MDC

200 英国KENT P400 GEC GEM80 荷兰 PHILIPS PCS

8000 收稿日期 :2001 -

07 -

22 ・

5 1 ・ 第22 卷第12 期2001 年12 月电力建设Electric Power Construction Vol.

22 No.

12 Dec ,2001 创了工业过程的分散式控制时代.在此期间 ,世界 各国相继推出自己的第

1 代DCS.

80 年代初 ,随着微处理器运算能力的增强、 超 大规模集成电路集成度提高和成本降低 ,推动着以 微处理器为基础的过程控制设备和 DCS、 可编程序 控制器、 可编程序调节器和过程变送器的更新发展.

80 年代初、 中期 ,第2代DCS 的产品进一步提 高了可靠性 ,新开发了多功能过程控制站、 增强型操 作站、 光纤通信等 ,这大大地完善了 DCS.其基本结 构由

6 部分构成 :局部网络、 多功能现场控制站、 增 强型操作站、 主计算机、 网间连接器和系统管理站. 代表产品有日本横河公司的 CENTUM;

L&

N 公司的 MAX -

1 ;

TAY LOR 公司的 MOD300 ;

WESTING HOUSE 公司的 WDPF 等. 表2我国合资生产或自行开发 DCS 的 部分厂家和产品 生产厂家 产品名称 与我国合资或引进 技术来源的厂家 上海福克斯波罗 (合资) SPECTRUM ,I/ A SERIES FOXBORO 西安横河控制系统 有限公司(合资) CENTUM ,CENTUM - X L ,YEWPAK, μ X L 横河 ( Y OK OG AMA) 北京贝利控制有限 公司(合资) N -

90 ,INFI -

90 BAILEY CONTROL 大连中德公司 (合资) TELEPERM SIEMENS 重庆四川仪表总厂 (技术引进) TDC3000 , TDCLCN , μ CN HONEYWELL 上海调节器厂 (技术引进) MAX1 ,MAX100 LEEDS&

NORTHRUP 北京机电部六所 (技术引进) HIACS -

3000 中国石化公司、 航空 航天部 有力 -

2000 (自行开发) 机电部六所 HS -

1000 ,

2000 (自行开发) 清华大学自动化系 DCS -

100 (自行开发) 交通部上海航舶运 输研究院

2 + 实时网络 DCS (自行开发) 上海自动化研究所 DJS -

200 (自行开发)

80 年代中、 后期 ,出现了第

3 代DCS 产品 ,代表 产品有 : HONEWELL 公司的 TDC

3000、 横河公司的 CENTUM - XL 、 FOXBORO 公司的 I/ A SERIES、 BAI2 LEY CONTROL 公司的 INFI -

90 等.它们的共同特 点为 :实现开放式的系统通信 ,向上能与其他网络联 系 ,向下支持现场总线 ;

控制站使用

32 位微处理器 , 使控制功能更强 ,能方便地使用先进控制算法 ;

操作 站使用

32 位高档计算机 ,增强了图形显示功能 ;

过 程控制组态图形采用 CAD 方法 ,更加直观、 方便.

90 年代 ,由于微处理器及超大规模集成电路技 术的发展 ,计算机技术、 容错技术和人机接口技术的 发展 ,窗口技术、 交互图形的出现 ,标准化的数据通 信和网络技术的发展 ,人工智能、 知识工程和专家系 统方法的发展 ,出现生产过程控制系统与信息管理 系统紧密结合的管、 控一体化的新一代 DCS.

2 目前 DCS 的进展 随着控制技术、 通信技术、 计算机技术以及模块 化集成技术的发展 ,在80 年代中、 后期 ,DCS 的制造 商为了满足发电厂对 DCS 性能越来越高的需要 ,纷 纷改进各自的产品 ,主要表现在以下几个方面. 2.

1 系统开放性更好 开放是指可与其他控制系统或计算机系统相 连 ,进行信息交换.早期 DCS 一般都采用专用控制 网络将自己的工作站或可编程控制器 (PLC) 或其他 产品连接起来 ,在网络中不允许连接其他厂家的产 品或不同型号的产品.新近推出的 DCS 大多采用国 际标准化组织开放系统互连标准 ( ISO/ OSI) ,通讯遵 循MAP/ TOP 协议 ,在局域网内可连接其他符合该标 准的产品.DCS 还采用了直接容纳 PC 机的配置方 案 ,在 PC 机上开发的软件均可在 DCS 上运行. 2.

2 采用通用工作站 早期的 DCS 工作站 (如工程师站、 操作员站等) 均采用各自的工作站 ,使软件系统及管理不能实现 通用化和标准化 ,使得开发周期长、 调试工作量大 , 操作、 管理、 培训学习量大和可靠性不高.近来的 DCS 采用通用工作站 (如SUN 工作站) ,有效地克服 了上述弊端 ,提高了可靠性和工作效率. 2.

3 管控一体化 早期的 DCS 主要考虑完成生产控制 ,如过程控 制及批量控制等 ,不涉及管理事务. 近来 ,随着技术 进步和发电厂的要求 ,在DCS 中加入企业管理功能 的计算、 计量、 统计、 规划、 优化和调度等管理软件包 及工作站 ,使其与发电厂的 MIS 网联接 ,成为控制、 调度和管理于一体的管、 控一体化的系统. 2.

4 通讯介质多样化 早期 DCS 局域网大多采用同轴电缆或双绞线 , 在传输速率、 传输距离及抗干扰性能上均有一定的 限制.由于发电厂内电磁场很强 ,对DCS 干扰很大. 近来 ,DCS 都增加了光纤接口 ,其采用光纤作为局域 网通讯介质 ,其传输速率可高达

100 Mbit/ s 以上 ,通 讯距离上百 km ,具有在

19 kA/ m 及1550 kV/ m 的脉 动磁场内不受干扰的能力 ,且安全防爆. ・

6 1 ・ 电力建设第22 卷表3部分 DCS 制造厂家最新产品配置 厂家系统型号 操作员 层结构 操作系统及 支撑平台 网络类型 及协议 支持的 硬件接口 控制器 CPU 支持开发语言 BAILEY INFI -

90 主机终端 Unix , Windows ,VMS Infi - net ,Ethenet , TCP/ IP PLC 16MHz C ,Basic WESTING HOUSE OVATION 客户机 - 服务器 Unix , X - Windows , Windows - NT FDDI -

100 MHz ISA/ PCI ,总线 设备 Fieldbus Pentium 133MHz AutoR13 ,C ABB PROCON2 TROL - P 客户机 - 服务器 Unix , X - Windows , VMS Ethenet 光纤 令牌环 PLC ,MODBUS , DIN19244 80486DX C ,Fortran ,Pascal SIEMENS TELEPERM - XP 工作站 Unix , X - Windows SINEC , TCP/ IP ,CSMA/ CD PLC32 位处理器 C HITACHI HIACS -

5000 工作站 Windows - NT 10MHz 以太网 令牌环 PLC

68030 VB ,VC + + LEEDS &

NORTHRUP MAX -

100 工作站 Windows - NT 10MHz 以太网 PLC ,HART , Fieldbus 80486DX100 C , Fortran 2.

5 DCS 与PLC 相互融合 早期 DCS 以处理模拟量为主 ,PLC 则主要实现 批量控制和顺序控制.近来 DCS 已强化逻辑控制功 能或直接接纳 PLC 于控制局域网内 ,以实现批量控 制和顺序控制.同时 ,PLC 也向模拟控制领域和网络 化方向迈进 ,成为相互渗透且融于一体的 DCS. 2.

6 软件进一步完善 随着 DCS 的广泛应用和软件业的发展 ,成熟的 软件功能模块越来越多 ,并趋于标准化和规范化 ,可 靠性越来越高.主要表现在以下几个方面 : (1) 操作 系统采用实时多任务系统 ,视窗软件符合国际标准 , 可支持 BASIC、 C、 梯形图语言等 ;

(2) 组态软件提供 了各种常用功能软件及算法库 ,采用菜单或填表方 式进行联接 ,构成各种控制回路和顺序逻辑 ;

(3) 操 作站配有绘图软件、 数据库管理软件、 流程图显示及 报表生成软件、 质量分析及统计、 计量管理软件等 , 实用性越来越强 ;

(4) 不断发展先进的控制软件包 , 如自适应调节、 约束控制、 优化控制及智能控制等软 件包 ,可实现解耦、 非线性、 多参数预估控制及自适 应、 Smith 控制及锅炉、 汽机协调控制 ,电厂负荷的调 节、 控制 ,模糊和神经元等智能化控制.表3为部分 DCS 厂家的最新产品及配置.

3 FCS 是电厂分散控制的发展方向 现场总线控制系统 FCS(Fieldbus Control System) 贯彻了全开放协议[1] ,使不同生产商的产品具有互 换性 ;

系统结构大为简化 ;

应用越来越广泛.FCS 与DCS 比较有以下优点[2] : (1) 由于智能化现场设备 SFD(Smart Field Device) 的广泛采用 ,系统的硬件和线 缆减少 ,成本低 ,节省工程费用 ;

(2) 互操作性好 ,采 用了统一的技术规范 ,各生产商的现场总线设备可 以连接在一起 ;

(3) 现场仪表与控制设备之间采用全 数字 ,实现双向通信 ;

具有数据检测、 操作统计和自 动故障通告等功能 ,从而提高了可靠性和安全性 ;

(4) 使用方便 ,操作更容易 ,简化了工程设计. 现场总线是一种全数字化的、 实时、 双向、 多站 的通信系统 ,用于现........