火电厂几种主流DCS系统介绍讲解

系统配置的主要特点
网络结构突破早期系统多环结构配置HIACS 25000M 系统的网络结构及前后台间的通信方式 与日立早期的DCS 系统相比有了很大的变化。由 于通信速率与容量不断扩大,5000M系统突破日立 早期系统多环结构的配置, 首次将所有控制器及操 作员站、历史站连在一对100M的光环上, 从而消 除了原来操作员站与控制器侧可能的通信瓶颈。
火电厂几种主流DCS系 统介绍
DCS系统概述
现场仪表标准之战结束，进入工程实践阶段，多 种总线并存的局面已经形成。FF基金会现场总线 技术主动融入DCS系统中，或者称：经过互操作 性认证的DCS系统是FF的主系统。目前已注册的 有11个公司的20个主控系统，涵盖了世界上大部 分DCS系统。 这种理念已经得到工程实践的考验，而且形 成共识，国内外已有在电厂采用现场总线的 工程业绩。
优缺点
优点：系统界面友好，操作简单，汉化后 的图形化组态操作维护方便。 缺点：我们在调试过程中HIACS-5000M 系 统多次出现过操作员站死机现象，系统不 够稳定。 PS:省内电厂使用该系统的有华润阜阳电厂。
国内DCS系统现状
近20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，在 对国外DCS的工程应用及技术引进的基础 上，逐渐形成了独立自主的DCS产业，特 别是在大型火力发电厂中的应用国产DCS 已取得了可喜的业绩。其中大家熟悉的有 新华、上自仪MAXDNA 、国电智深、和利 时、浙大中控和南京科远等。
现在有600MW及以上火电厂业绩的有国电 智深、和利时、上海新华以及上自仪 MAXDNA，所以在这里介绍下其中几家的 系统。（新华没有资料）
国电智深
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 有自主知识产权的EDPF—NT、EDPF— NT+ 、 EDPF—BA的EDPF系列产品。其 中EDPF—BA在传统的DCS框架下进一步 融合PLC的特点。现以火电厂应用较广的 EDPF—NT进行阐述。
组态工具
5000M 系统的逻辑组态采用了直观的图形组态方 式, 提供了方便的逻辑生成、逻辑编译、逻辑下载、 逻辑在线监视、逻辑组态备份等功能, 具备在线组 态与下载的功能, 日立5000M 系列的逻辑组态工 具的功能较前期版本有了很大的提高。数据库、 画面、报表等的组态基于WINDOWS NT 平台, 使 用了一些通用的工具,使用较为灵活, 如前台数据 库采用ACCESS 数据库, 报表工具采用EXCEL。 比较而言, 前台组态工具不如控制器逻辑组态工具 优秀, 组态集成度不够, 需要组态工程师定义的内 容过多。
ABB系统架构
主要节点类型有现场控制单元(HCU)，人机系统 接口操作站PGP (Power Generation Portal)，系 统组态和维护工具(Composer)，计算机接口(ICI)， 网络接口单元(1IL)。网络接口单元IIL提供了多个 控制网络间数据交换能力：一个控制器模件可以 控制上百个回路，监视上千个过程变量控制层网 络以10mbps的速度可在62500个节点之间传递信 息，并仍具备“例外报告”等传递形式，发挥了 智能数据链传输数据的优势：模块化结构可以按 照工艺过程来配置DCS，保证被控制对象的独立 性，完整性；
日立
HIACS-5000M 系统是日立公司最新推出的 DCS控制系统，其系统是两级控制结构, 即 监视控制级和过程控制级。监视控制级包 括操作员站 (POC) 、历史数据站(HDS) , 打印站(PRS) 等设备; 过程控制级由一些过 程控制站( H04-M/CX) 、数据采集站( H04M/CX ) 和工程师站 (EWS) 构成。
Ovation控制器支持FF，Profibus-DP， Device Net三种现场总线标准，每个
Ovation控制器最多支持24个网段(FFH1总 线)，还可以采用以太网方式连接FF智能现 场仪表。另有仿真控制器仿真I／O和先进 控制器，后者支持多变量控制(MPC)等先进 控制。
相应软件系统中，组态建立器(Builder)、控 制建立器、图形建立器、安全建立器、测 点建立器，高效工具数据库等构成一套高 效工具，如安全建立器提供安全保护机制， 可就地和远程两种安全保护，允许定义多 个级别进入系统，可按用户姓名或设备功 能甚至逐点分别设置安全界面。
大型火电厂用DCS除去上述趋势共性外， 还有它固有的个性：汽机、锅炉等控制及 安全要求复杂，燃料、水、灰等相关辅助 设施庞大，产生的电能受电网调度要求高 等，造成用于电厂的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。
由于FSSS对作为事件顺序的操作记录的要 求很高，而且可能是多系统组合来完成该 项功能，所以SOE的带有时间戳的开关量 输入设备及相关功能是必须具备的。在时 间同步方面，除了DCS系统内时钟同步方 式，还有目前正兴起的GPS卫星时间同步 方式。
由于电厂的主要产品“电能”的特殊性及 电网调度和电业管理的要求，电厂已推行 “火力发电厂厂级监控信息系统技术要求” （SIS），现在也基本上做到很好和DCS之 间的衔接问题。
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)已经成 为基础自动化不可分割的一部分，而且逐 渐扩大资产管理范围，包括设备信息平台、 智能设备管理系统、机械设备管理系统、 性能检测系统等。目前资产管理系统在世 界上已应用了1000多套，全生命周期的企 业资产管理和工程管理的理念正在形成。
EDPF—NT系统网络采用100Mbps或 1000Mbps交换式工业以太网，拓扑结构为 星形／环形／树形，可实现多重化冗余。 DCS为环形网络，公用DCS为星形网络， 其之间通过专用网络路由器实现隔离。这 样可以保持网络的相对独立，又可保证两 台单元机组之间操作备用和操作互锁。网 络负荷<10％，提高了通信的可靠性。
优缺点
优点:系统可靠，在全世界有1500多套的控 制设备；图形化组态，方便查找和运行中 维护。系统可靠性高。 缺点：整个网络以服务器为架构基础（服 务器冗余使用），所有的数据读取都需要 通过服务器的来进行。造价偏高。 PS:省内电厂使用该系统的有国投宣城电厂。
艾默生（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。目前600MW及以上新 上机组， Ovation占据的市场份额是最大的。
DCS 与DEH 采用一体化的硬件配置机炉侧 的控制采用一体化配置, 减少了系统间的通 信接口, 采用同一个数据库, 便于数据的共 享, 系统的稳定性也好; 对电厂的维护有利, 便于备品、备件等的统一。
人机接口采用PC 平台及Windows NT系统 由于高档PC 机性能的提高, 大型机组前台 采用PC 平台将是一种趋势, PC 平台的操作 较灵活方便, 对电厂管理信息等网络的接入 也很便捷。
与信息技术(IT)融合。按照COTS(商业现货 技术Commercial Off The Shelf technology) 的原则，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。
系统功能安全技术在实际流程工业的自控 工程中已成为不可或缺的一部分，安全
仪表系统(SIS)和流程工业安全完整性等级 (SIL)认证体系正在形成。SIS和DCS融合或 兼容的趋势也逐渐形成。
管控一体化和仪控、电控一体化正在统一 构架下逐步实施，ERP／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。
火电厂用DCS的特点
FoxboroA2自动化控制系统更适合于中小型 装置，采用以太网系统架构．符合lSO/OSl 标准．传输速率最高为100Mb/s，通信介质 为光缆或双绞线，用于连FoxboroA2的控制
站、工程师站、操作员站，也可与多种现 场总线相连。模块采用欧陆公司的2500系 列和技术，人机界面采Wonderware产品和 技术。
优缺点
优点:系统可靠，在中国电力方面用户多达 200多个，新系统和老系统兼容，这有利于 以后的设备改造更新。图形化组态 ，方便 于机组运wk.baidu.com中查找维护。 缺点：不能在软件中进行强制。 PS:省内电厂使用该系统的有大唐洛河电厂。
西门子Siemens
在全世界已有超过1500套DCS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Tele-perm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，已经在国内大 型电站项目陆续使用，效果相当不错。现 就SPPA-T3000系统作一介绍。
优缺点
优点： Ovation组态完全是基于SAMA图式 的组态，方便查找维护，同时也方便操作。 缺点：汉化程度不高。 PS:省内电厂使用该系统的有华电宿州电厂、 华电芜湖电厂、淮浙沪凤台电厂。
英维思（FOXBORO）
英维思公司主要成员Foxboro从1988年底推 出第一套I/A Series到2004年I/A已更新至 V8.O版．新系统采用了Mesh控制网络结 构．具有很强的易伸缩性．通过以太网交 换机的互联，可运用线形、环形、星形或 倒挂树形等网络技术连接各I/A Series系统 站(最多为1920个站)．支持基lEEE802．3 标准的全双工运行(100M／1Gb／s)。
Ovation网络是一个完全确定的实时数据传 输网络。采用COST技术，网络相关硬件极 易在市场上购得，不使用特殊网关、接口、 网桥，具有所有网络的特性，如冗余、同
步、确定和令牌传输，在与以太网、快速 以太网、令牌环或其他拓扑结构相连时， 使用TCP／IP，可以构成局域网(LAN)和广 域网的信息系统。
SPPA—T3000基于优秀的Siemens系统平 台；遵循全集成自动化理念，可完成过程
工业领域的所有控制任务；通过 PFOFIBUS实现真正的分散结构，易于与 FF仪表的集成；非常灵活的可伸缩性，从 小型，可控制100个I/O电的PCS 7 BOX， 一直到控制100000点，基于客户机/服务器 架构的大型系统。
系统中最基本的电缆、端子单元、电源模 块，到最高层的控制模件、系统接口、通 信网络、都可以冗余配置，使系统具有高 可靠性；系统分层划分合理，控制与I／0分 开的控制方式，提高了系统的可靠性；有 先进而实用的工业控制算法，保留了积累
多年的200多种功能码：系统设计组态方便， 保留了SAMA图等方式。
国外DCS系统现状
DCS系统进入21世纪，在通信和信息管理 技术、集成电路技术的进步以及工艺设备 大型化的影响下，在节能环保和提高生产 效率的需求下，形成了新一代的DCS，或 称为第四代DCS。在电厂方面，我们重点 介绍ABB、西门子Siemens（T3000）、艾 默生（Ovation）FOXBORO和日立Hitachi 五家相关产品，这五家也是现在电厂DCS 的主流厂家。
ABB
ABB在“Industrial IT”的架构下，由ABB贝 利Infi90 open形成的Symphony．系统基础 上，进一步开发了800系列的新产品，推出 Industrial lT Symphony最新的DCS系统。 其中，800 XA系统通过了现场总线基金会 的互可操作性测试(在扩大范围的程序下的 HIST测试)。800XA已有用于大型电厂的业 绩。
优缺点
优点：系统可靠，老版本ICC支持在线下装（指 的是实际在线下装过程中没有出现过任何问题）， 功能块功能强大，可以很轻易的实现需要的功能。 缺点：填表式组态，界面不人性化，不利于正常 生产运行中的维护和操作。对机房环境要求高， 曾发生过操作员站集体死机现象。 PS:省内电厂使用该系统的有平圩电厂、华能巢湖 电厂、皖能合肥电厂等。