火电厂自动化与现场总线控制系统的论文

摘要: 随着流程工业的经济总量在迅速增长,对流程工业的需求迅速增长。自动化仪表和系统逐步走向数字化、智能化、网络化、集成化。本文着重阐述了大型火电厂DCS系统应用及相关的技术和理念。 关键词: DCS系统;大型火电厂;现场总线 经济全球化导致对流程工业的需求迅
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  摘要:随着流程工业的经济总量在迅速增长,对流程工业的需求迅速增长。自动化仪表和系统逐步走向数字化、智能化、网络化、集成化。本文着重阐述了大型火电厂DCS系统应用及相关的技术和理念。

  关键词:DCS系统;大型火电厂;现场总线

  经济全球化导致对流程工业的需求迅速增长。特别是随着流程工业的经济总量迅速增长,对流程工业的需求更是呈爆发之势。近年来,国内在原来DDC直接数字控制技术自行研发和工控机应用的基础上,引进国外DCS的工程应用及技术,逐渐形成了我国独立自主的DCS产业,特别是在大型火力发电厂中的应用更是取得了可喜的业绩。自动化仪表和系统也正走向智能化、数字化、网络化、集成化。大中型流程工业中HART、FF、PROFUBUS-PA现场仪表和DCS的应用比例更大。本文重点阐述大型火电厂应用DCS中和自动化系统相关的技术和一些理念。

  一、火电厂自动化的发展趋势

  (一)现场仪表标准之战结束后,形成了多种总线并存的局面。按照商业现货技术的原则,与信息技术融合,采用快速以太网技术(包括TCP/IP等)作为厂级系统的主要网络架构。同时,系统功能安全技术在实际流程工业的自控工程中已不可或缺,安全仪表系统(SIS)和流程工业安全完整性等级(SIL)认证体系也正在形成。SIS和DCS融合或兼容的趋势也逐渐形成。

  (二)基础自动化不可分割的一部分就是EDDL设备描述语言和系统集成技术以及在此基础上形成的设备管理系统(AMS),而且逐渐扩大了包括智能设备管理系统、设备信息平台、机械设备管理系统、性能检测系统等资产管理范围。目前,在世界上资产管理系统正在形成全生命周期的企业资产管理和工程管理的理念。

  (三)在统一构架下逐步实施了管控一体化和仪控、电控一体化,EPR/MES/PCS三层结构已形成共识,逐步实现基础自动化与企业信息管理的无缝集成。马达控制中心(MCC)及企业用电的配电系统等在基础模块智能化及采用现场总线技术的基础上逐步纳入以温度、压力、流量等信号为主的仪控系统中。

  二、大型火电厂在利用DCS上有其固有个性

  首先,对汽机、锅炉等的控制及安全要比较求复杂,燃料、水、灰等相关的辅助设施也比较庞大,产生的电能受电网调度要求高等,因监,用于电厂的DCS应具有回路反馈控制、顺序控制、混合控制等复杂控制功能,具有驱动多种执行机构的要求,完成复杂计算能力及先进控制(APC)功能。还必须具备带有时间戳的开关量输入设备及相关功能。在时间同步方面,除了DCS系统内时钟同步方式,还要有GPS卫星时间同步方式。

  然后,根据电厂的主要产品”电能”的特殊性及电网调度和电业管理的要求,电厂监控信息管理系统SIS的管控一体化应进一步与DCS衔接。DCS应适应电厂机电设备多,厂用电管理十分重要的要求,在I/O硬件及扫描周期、人机界面及增大系统容景等方面扩大功能,加速仪控、电控一体化的进程。

  三、国内DCS系统现状

  近年来,国内在原来DDC直接数字控制技术自行研发和工控机应用的基础上,引进国外DCS的工程应用及技术,逐渐形成了我国独立自主的DCS产业,特别是在大型火力发电厂中的应用国电智深、和利时、上自仪三家更是取得了可喜的业绩。

  (一)国电智深——在多年DCS应用实践经验的基础上,在技术引进的基础上,形成了具有自主知识产权EDPF系列产品。其中EDPF-NT在火电厂应用较广。

  (二)和利时:现今主推HOLLIAS系统,在大型火电厂中主要使用HOLLIAS-MACS-S。有符合汽轮机控制要求的HOLLIAS DEH和ETS,和HOLLIAS-MACS构成一体。在管控一体化方面,MES功能,在开放的实时/关系数据库基础上,有子系统模块,可以满足电站信息化的需求。

  (三)上自仪:上海自动化仪表股份有限公司为国内首家自动化仪表行业的上市公司,属上海电气集团的一部分。与国家核电共同组建了国核自仪系统工程有限公司,逐步具备了核电工程仪控系统设计、控制系统集成、核电仪控设备成套供应等的能力,并拥有自主知识产权,形成较大规模批量化建设中国品牌核电站的能力。上自仪组建火电厂I&C的工程公司是有一定基础。

  四、国外DCS系统现状

  进入21世纪,受通信和信息管理技术、集成电路技术的进步以及工艺设备大型化的影响,形成了新一代的DCS,或称为第四代DCS。国外DCS尤以ABB、西门子和艾默生三家在电厂方面比较成功。

  (一)ABB由ABB贝利Infi 90 0pen形成的Symphony系统基础上控制工程网版权所有,进一步开发了800系列的新产品,推出IndustrialITSymphony最新的DCS系统。ABB贝利在中国电力方面用户多达200多个,新系统和老系统兼容。

  (二)西门子——在全世界已有超过1500套控制系统装置,是成功的电力和I&C系统供应商。在我国电站中采用西门子的Teleperm系统较多。近年在”全集成自动化”的架构下,西门子推出SPPA-T3000系统,已经在国内电厂项目陆续使用。

  (兰)艾默生——在并购基础上形成的艾默生过程控制公用事业部发表了"FlantWeb数字化工厂管控网”,它涵盖了DeltaV和Ovation。Ovation是其前身西屋过程控制公司于1997年推出,是WDPF的更新换代产品,在电厂获得了广泛的应用。Ovation历史站具有高速、高效和高度灵活的特点,过程数据可以以O.l秒或1秒的时间间隔扫描和存储,可存20000个实时过程数据点;基本历史站软件包可将收集到的数据归档到光盘内,以便长期存储;通过模拟量数据压缩模块,可优化存储内存;可完成SOE列表,并搜寻列表后首发事件。

  五、DCS分析比较的结论

  通过上面的综述,可以看出,反映水平的技术指标具体是指网络结构、硬件体系、软件体系及系统容量、系统实时性、系统人机界面、系统现场借口、系统控制功能、系统精确度、系统灵活性和可扩展性、系统可靠性、可用性、可维护性、系统稳定性和系统安全性等。如何进一步科学地评比这些指标,是当今制造业的任务。

  国产DCS的性价比高,适合在300MW以下机组中选用,在600MW以上机组可逐步扩大应用范围。国内DCS企业对大型电厂的工程能力有待在实际工程锻炼中进一步提高。国内DCS企业应加强研发力量,在DCS中尽快解决与FF、Profibus-PA等现场总线仪表连接的工程实践,EDDL设备描述语言技术,可互操作性技术的应用等专项技术。加强管控一体化,电控、仪控一体化的应用技术的工程实践,特别是加强”资产管理”专项技术的实践。加强功能安全技术的研究。在引进国外特大型机组DCS应用工程中,把国内制造厂作为最终用户的伙伴,参加进去,从中吸取国外先进技术和工程管理经验,并为最终用户在该机组的运行、维护保驾护航。

  参考文献

  【1】范云鹏,基于PC的现场总线系统及其在圆管切割中的应用[D].哈尔滨工程大学,2006.

  [2]1波.CGSE-ES中现场总线融合的实现[D].上海交通大学,2007.

  [3]杨凤龙.面向现场总线控制仪表的人机界面的实现[D].大连交通大学,2007.

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