火力发电厂辅助车间DCS系统与PLC系统在经济技术的比较

火力发电厂辅助车间DCS系统与PLC系统在经济技术的比较
【摘要】以DCS和PLC在历史沿革、技术特点、适用领域等方面进行的对比，说明DCS和PLC技术的特点和发展规律。

【关键词】DCS；PLC
1 概述
辅助系统（车间）的控制系统大多随工艺设备厂家成套提供，以往主要采用PLC+上位机实现，辅助控制系统的现状可以大致归纳如下：
（1）大部分辅助控制系统采用多套（有的单位独立的控制系统多达十余套）PLC+上位机组成，控制系统间联系较少；即使部分系统通过通讯合并，通讯的不稳定性也给维护及运行带来不小的困难；同时也形成了辅助车间现场值班点多，致使辅助车间运行人员比机组运行人员还多、值班点分散，导致运行信息不能及时上传，管理人员不能及时掌握设备故障。

不利于管理，也不利于机组的安全运行。

（2）对于一些较小的辅助系统，往往由工艺设备自带小型PLC进行控制，或采用就地手操、远操和组合仪表等常规控制装置。

形成一个电厂使用的控制系统品牌繁杂，同样不利于设备管理及维护，也增加了备品储存的困难，一旦控制设备损坏不能及时得到补充，直接影响到生产。

（3）以往辅助控制系统由主体设备厂商配套提供，没有统一的设计标准，各设备厂商都按照自己的习惯设计系统，导致操作方式各异，容易造成误操作。

例如有的厂家将红色定义为运行、绿色定义为停止，有的将绿色定义为运行、红色定义为停止；有的操作要经过二次确认，有的只要点击一次设备就启动了，等等诸如此类的情况不胜枚举。

（4）由于辅助控制系统间各自独立，系统信息与主控系统相互之间通信稳定性差，甚至无法进行通信，与SIS/MIS之间的信息无法交换，致使管理人员经常到就地控制室去了解运行情况，不便于防患于未然，从而导致了应对突发事件的能力及手段必然降低。

（5）DCS与PLC在长期发展过程中，不断互相取长补短，目前两者的通用性越来越明显，目前国内电厂中有全厂均采用PLC控制系统的，也有全厂均采用DCS控制系统的。

相比之下，DCS控制系统在安全性、网络的可靠性上还占有明显的优势，因此，DCS控制系统承担辅助车间控制任务已逐步将成为趋势。

2 使用DCS控制系统实现辅助车间控制的优势：
2.1 性价比更优
以前辅助车间控制通常采用PLC，是因为PLC适合开关量的控制，而且PLC 价格更便宜，因此，整体性价比要高于DCS；随着DCS技术的发展，其适用范围更加广阔，包括电力、化工、钢铁以及制造等众多行业，可以说只要是需要自动化的产业都可以见到DCS身影，其技术性能上已完全能够适用于辅助车间控制。

而且由于DCS厂商直接参与国内电力市场竞争，充分了解目前国内电力行业竞争的激烈程度，不断下调设备制造费用和工程实施费用；而PLC走的是代理商的路子，工程商参与市场竞争，工程商只能靠下调自身有限的工程费用参与竞争，价格下降空间有限；目前DCS的价格已经与PLC相当甚至价格更加低。

那么在同等技术要求下，DCS在安全性及通讯可靠性方面更具性能优势，且价格也更为合理，因此，我们认为DCS在性价比上要明显超过PLC，这也是市场选择的结果。

2.2 更有利于缩短工期
因为DCS拥有虚拟DPU功能，可以支持虚拟仿真系统，有实力的DCS工程商都拥有开发仿真系统的能力，并将仿真系统用于控制系统静态调试、运行人员培训、维护人员培训、优化控制及逻辑的测试等方面。

从而使控制系统出厂时即具备一定的运行能力，现场调试时只需要将设备接口调试完成，再整定运行步序时间后即可以很快投运，更有利于缩短工期。

2.3 更有利于整个控制系统的统一
由于DCS的招标即是招控制系统工程商，也同时是选择控制系统产品，因此如果确定辅助车间采用DCS系统，即要求DCS工程商能够完成水、煤、灰的组网等完整工程的实现。

这样有利于辅助车间控制系统从设备到设计到调试配合的完全统一，当然，用DCS系统实现全厂辅助车间控制其难度要比一般意义上辅控高，但我们认为，控制系统是长期使用的设备，应该将困难放在施工阶段解决，而不是留到今后的使用过程中。

2.4 更有利于辅助车间实现集中控制
由于DCS在组网上具有明显的优势，很多DCS系统支持各种现场总线结构，适于将辅助车间中分布全厂的控制系统进行联网，再配以全厂工业电视监控系统，即可实现全厂辅助车间集中控制。

而以往采用PLC来实现集中控制的项目很多，但最终成功的几乎没有，我们认为这即有PLC在组网技术上的不成熟，也有PLC工程商没有大规模组网经验的原因。

而DCS系统按控制器分散的原则设计，通常一套DCS系统都拥有十几对控制器，乃至几十对控制器，其技术关键就在于网络，中、大型电厂DCS控制系统即是大型组网的工程实例，目前按1000MW辅助车间控制系统一般配置控制器也只在二十对左右。

3 进口DCS和国产DCS比较
DCS控制系统是电厂的大脑，在电厂中处于极为重要的位置。

而DCS在电
厂总造价中所占比例很小，进口系统的稳定性特别高，卡件非故障损坏率低，前期造价高，国产DCS前期造价较低但卡件故障率明显较高，系统性能不稳定时有控制器死机和非故障跳机现象发生。

在选用循环硫化床锅炉工程中，尤其锅炉燃烧控制较一般煤粉炉复杂的多。

由于工艺较复杂，本项目I/O点较多，总I/O算上冗余量将达到近19000点，接近2X600MW的点数水平。

同时，系统物理点加中间变量将会有16-19万点的规模，因此应采用高可靠的进口大型DCS，否则数据刷新将会很慢，容易造成系统死机。

而国产和进口DCS的节点在8000点，国产DCS在实际点数8000点或者加冗余点数10000点以下时，DPU刷新还是比较稳定的，但超出8000点时由于DPU技术瓶颈的问题一直无法突破处理速度慢外加上软件速率不匹配会出现网络风暴现象，就会出现死机现象，情况严重时还会出现因为控制器的原因而跳机，而一次非计划停机造成的损失是很巨大的。

在控制点数比较多时建议客户不要图一时的便宜反而造成后面的更大的损失。

国产DCS系统一般采用客户机/服务器架构，配置一对冗余的数据服务器，向下实现和控制器之间的通讯，向上支持操作员站和工程师站的功能。

显然，数据服务器为核心节点，容易成为整个系统的瓶颈，一旦服务器死机，而服务器是不能很快切换到备用服务器，造成所有操作员黑屏，将对整个电厂处于失控境地。

进口DCS系统具有600MW等级以上机组绝大部分业绩，经过10几年的应用达到成熟阶段。

而国产DCS虽然价格较进口DCS要便宜，但系统的安全可靠性还较低。

如果DCS系统采用主辅一体化，为将来备品备件和人员维护的便利及一体化程度的提高和控制系统的无缝接口，建议辅助车间控制系统选用和主厂房统一品牌的DCS，这样整体点数多了以后在招标时打折会比较多，另外以后维护方便，备件可以互用从长期来说不仅工作效率提高而且能大大的节约成本。

参考文献：
[1]陈瑞军. DCS在电厂中的应用及发展方向探讨[J].内蒙古电力技术，2007（6）.
[2]王常力.最新DCS的体系结构和技术特点[J].自动化博览，2005（2）.。