国内几款DCS系统应用方案及编程组态技术论证报告

国产DCS系统比较及编程组态工程实施水平的提升
江苏凯茂石化科技有限公司杨科歧
中国甲醛行业协会创新研发基地李洪伟
关键词1：可编程序控制器（PLC）分散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS）
关键词2：硬件系统、软件系统、组态软件、应用程序、工艺包
一、自动化控制系统的发展与中石化市场调查
1969年诞生了PLC，1975年发展了DCS，1989年有了FCS（Field-bus Control System），学者们将上述称为工业生产过程三大控制系统。

化工领域是DCS的主要应用领域，大约占总金额的20.3％。

在化工领域国产DCS已经取得较大的业绩，但该领域销售额最高的目前还是日本横河，其次是浙大中控、Honey-well、Emerson以及北京和利时等公司。

截至至2007年底，中石化大约有900套左右DCS系统先后投入使用。

这4家供应商占据了75%的市场份额，其中横河和霍尼韦尔的市场占有率最高，都在30％左右。

尽管福克斯波罗和艾默生的数量分别只有10%和7%左右，但都有大型炼油和乙烯装置成功的应用业绩。

浙大中控和和利时两家国内供应商也有6~7%的市场占有率，但主要集中在辅助装置和公用工程上。

二、国内DCS主流供应商
1、国产DCS供应商
1.1浙大中控Supcon
浙大中控自从2006年在武汉炼油项目上取得了在石化主装置上的重大突破后，2007年又获得金陵石化丁二烯项目。

2008年，浙大中控取得了较大的成绩，获得了2008年仪表隐患治理3项目；同时还击败其主要的国内竞争对手，赢得了仪表隐患治理项目——国内DCS 系统改造合同。

另外，浙大中控还在中石化赢得了一些辅助装置和公用工程的项目。

因此，在2007年1月至今，浙大中控实际的市场份额应该大致接近福克斯波罗和艾默生。

浙大中
控进入供应商短名单成功率为15%，获得订单成功率仅为6%。

浙大中控是目前中石化排名第
五位的DCS供应商。

浙大中控依托浙江大学，于1996年正式推出具有自主知识产权的中国人自己的DCS系统。

经过十年的不懈努力，已从最初应用于小型化工装置，到现在成功地进入石化主装置。

作为国产品牌，浙大中控能取得今天的成果已是相当不容易的。

但是如果浙大中控想要获得更大的成功，就必须突破当前在产品技术和企业管理等方面的瓶颈，以打消当前大多数最终用户在石化主装置上广泛应用其DCS系统的顾虑。

与国外DCS厂家相比，浙大中控在人机界面、服务响应等方面很有特色，但在软硬件的稳定性、先进性等方面还有待于进一步提高。

像石化这样高投资、高风险的行业，要求DCS供应商不但要有优异的产品和解决方案，而且要有一整套完善的市场营销和项目管理体制。

尤其是当前大型的石化与化工项目层出不穷，DCS供应商已不仅是在简单地比拼产品的可靠性和先进性了，而是在比拼各自的解决方案、项目管理和企业文化等企业内功了。

当前中国政府正在大力推广高科技产品的国产化，同时在未来五年也是石化与化工市场大规模发展的时期，如果浙大中控能很好地利用这一良好的发展契机，积极开展与中石化的紧密合作，就有可能在未来成为中石化的主流DCS供应商。

1.2 和利时Hollysys
和利时作为一家国内知名品牌的DCS供应商，虽然至今还未曾参与中石化DCS国际招标，但还是通过有关渠道将59套DCS系统成功地应用于中石化一些企业的辅助装置和公用工程上。

和利时利用其在电力应用方面的优势，已成功地在不少中石化分公司的自备电厂得到了应用，积累了相当多的的应用经验，并能提供较为成熟且适合石化用户的电力解决方案。

与国外DCS厂家相比，和利时在人机界面、售后服务等方面还是有一定的特色，但在软硬件的适用型、先进性等方面还有待于进一步提高。

和利时想要突破国外DCS厂家的重重包围，进入石化主装置应用领域，不但要强化其在石化市场上的营销力度，还应加强研发针对石化工艺过程的解决方案和相应的工程技术服务能力。

和利时目前在火力发电、核电、高铁项目的主设备已有一定的应用，如果能很好地借鉴这方面的市场运作经验，加上国家大力推广高科技产品的国产化之东风，相信未来和利时在中石化市场上会更有作为。

2、进口合资DCS供应商
2.1 霍尼韦尔Honeywell
霍尼韦尔仍然目前中石化排名第一位的DCS供应商。

在1995至2004期间，霍尼韦尔凭借其与中石化总公司的合资公司——天津（霍尼韦尔）有限公司——垄断了大部分DCS重点项目，建立起雄厚的用户群。

霍尼韦尔在相当一段时间内始终是中石化最大的DCS供应商。

但是由于这种不正常的垄断地位，使得项目赢得太多太容易，其工程能力、服务能力根本不能满足最终用户的需求。

总体而言，霍尼韦尔作为世界上第一个DCS制造商，其产品具有广泛的应用基础和丰富的使用经验，其系统已广泛地应用于炼油、乙烯、石油天然气、煤化工、精细化工、基础化工等领域。

霍尼韦尔自动化产品比较齐全，除了DCS以外，还能提供现场仪表、SIS和APC、MES等，是一个有成功应用经验的MAV。

霍尼韦尔与中石化已在自动化控制、先进控制和过程优化软件、以及生产管理软件等多个领域展开了广泛的合作，仍然是当前中石化最重要的DCS、APC和MES的供应商。

2.2横河Henghe
横河是目前中石化排名第二位的DCS供应商。

横河的DCS系统以可靠、稳定和易于使用而著称，同时开发了针对炼油和乙烯工艺的解决方案，十分符合中国用户的使用习惯，因此最终用户再次采购横河DCS系统的比率相当高。

但是横河的市场价格策略有其一定的不一致性和不确定性。

例如，2007年由于失去了镇海乙烯项目，在随后的天津乙烯项目（规模比镇海乙烯还要大7.8%）的报价上居然比镇海的报价还要低7.7%，这就意味着前后二个项目的价格相差高达15%以上。

另外，最终用户普遍反映：横河对于中标后新增加产品的价格偏高，有不实之嫌；其备品备件价格水平比同行的价格要高得多，有时甚至高得离谱；其售后服务响应时间较慢且对服务内容、责任、收费等方面斤斤计较。

自从2000年7月中石化开展国际招标以来，横河除了2000年和2007年外，始终被霍尼韦尔压制着。

为了进一步拓展中国市场，2010年横河将原来的中石化横河公司与西仪横河公司合并，并在苏州建立制造厂和工程公司，这将有助于其提升服务响应能力，扩大市场接触面。

近年来横河在重点项目投标中的价格水平都会处于第一或第二低的位置，具有相当大的竞争优势。

如果横河在未来的项目竞争中，能够更加诚恳地提供技术方案和商务报价的话，它将会在中石化赢得更多更大的DCS合同。

2.3艾默生Emerson
艾默生目前是中石化排名第三位的DCS供应商。

2007年1月至今，艾默生只是在天津乙烯热电、广石化、金陵石化等3个项目获得了154万美元合同。

艾默生的市场份额为4.6%，进入供应商短名单成功率为52%，获得订单成功率仅为9%。

艾默生曾经在2006年取得了中石化DCS国际招标中至今最大的单体合同——福建炼化一体化MICC项目，其中DCS部分金额就高达1400万美元左右。

另外，艾默生还曾在上海赛克(SECCO)、扬子巴斯夫等中石化合资项目中拿到大型MAV订单。

正是凭借这些超大项目，在2006年以后艾默生一举超越福克斯波罗成为中石化第三大DCS供应商。

艾默生在SECCO 项目上推出了世界上第一套大规模应用FF现场总线的DCS系统，这也是它第一套全厂性的乙烯项目。

艾默生通过此项目的执行，不但将Delta V系统的性能大大地改善与提升，而且更为重要的一点是：在中国，艾默生锻炼出一支执行大型石化MAV项目的工程队伍。

客观地来评价的话，从技术角度上讲尽管FF现场总线与成熟的HART技术相比仍然存在种种不稳定的因素，但是SECCO还是一次比较成功的大胆尝试；而从经济角度来分析，与常规DCS 相比，现场总线DCS的整体费用及后期运行的成本要高很多。

福建炼化一体化项目是中国第一个采用MICC执行模式的合同，也可能是在未来可预见的相当长时期内唯一的一个。

由于MICC合同签约时整个工程尚处于项目的初步设计阶段，各种工艺条件和工艺设备尚未确定，因此整个工程范围、价格存在相当多不确定因素。

从2006年初签约至今，随着设计的不断深入，供应商和各个EPC、用户才能逐步确定供货范围、服务内容和具体价格等。

当前，艾默生整体费用已从最初报价的2,156.9万美元，签约价格的2,718.5万美元调整到4,000万美元左右。

总体而言，经过2007年的策略性调整休养，相信艾默生会以FF现场总线领导者的身份，凭借其在现场仪表市场上的优势地位，在未来中石化大型炼油、乙烯MAV项目上发起新一轮强大的攻势。

2.4.英维思–福克斯波罗Triconex
福克斯波罗是目前中石化排名第四位的DCS供应商。

2007年1月至今，福克斯波罗只是在齐鲁煤气化和上海高桥石化等2个项目上有所斩
获，合同金额约为159万美元。

福克斯波罗的市场份额为4.7%，进入供应商短名单成功率为39%，获得订单成功率仅为6%。

福克斯波罗于1983年4月在上海成立了中国第一家高科技合资企业，同时上海福克斯波罗公司也是中国境内第一家通过ISO 9000认证的企业。

福克斯波罗是世界上第一个推出开放式DCS系统的厂家，其先进的理念已被其它制造商广泛接受。

但是由于其研发环节和资金等方面的问题，其系统直至2000年以后才真正进入成熟期。

同时，通过不断地引进高级人才，上海福克斯波罗公司建立起一支业内最为专业、成熟的工程技术服务队伍。

在2001至2005期间，福克斯波罗凭借其成熟产品和强大的工程团队，成为唯一一家在中石化市场上实现连续五年高速增长的DCS供应商。

尤其是2004至2005年，福克斯波罗接连赢得岳阳Shell煤气化MAV、海南大炼油和广州炼油联合装置等重大项目，市场份额达到42.5%，一度成为中石化最大的DCS供应商。

但是，2006年随着石化大客户经理的离职以及随后进行整个管理层的调整，福克斯波罗的石化业务一落千丈。

同时，由于竞争对手在福建炼化一体化、青岛大炼油、镇海乙烯、天津乙烯等项目上的强大攻势，福克斯波罗甚至没有进入供应商短名单。

在2006至2007年期间，福克斯波罗相对于其竞争对手上千万美元的订单业绩面前，其区区220多万美元的订单就显得微不足道了。

另外，随着上海福克斯波罗公司即将变迁至上海郊区，其人事的变动会变得更加剧烈。

相信像福克斯波罗这样老牌的石化市场DCS公司，只要能稳定和发展其销售和工程团队，加强市场开发力度，在未来是有能力改变
这种困难局面的。

三、国产DCS装置硬件可靠性比较
国产品牌的DCS现场机柜性能比较见下表：
国内DCS客户均为最终用户，没有专业机构介入评测，也没有权威人士走遍全国去调查和比较DCS常见故障率。

DCS的技术更新完全看制造商的专业领军者的个人追求精神，是否能不断完善软硬件功能和性能，在提高安全可靠性方面下真功夫。

如果只重商务轻改进的态度，总会有被后来者赶超的那一天。

上表是笔者近几年自控系统工程实践中，获得的分析结果。

国内最终用户，对于DCS 系统运行中往往不太注意细节，在检修恢复生产时，突然发现电机泵起/停不灵光，反复几次也不听使活，才回想起一些同类问题。

有通知制造商、供应商的，也有打电话咨询笔者的。

吉林省安监局禁止Supcon DCS系统用于安全等级要求更高的安全仪表报警和紧急停车系统（ESD）装置中，发现的已一律要求拆除。

对于进口PLC应用SIS安全仪表报警和紧急停车容许的理由是，可靠性高于DCS系统。

冶金、高炉的DCS习惯采用西门子PLC系统，也是基于安全可靠性的要求。

中石化对于DCS有更高可靠性的要求，如果一套大型炼油、乙烯装置非正常停产一次，会造成千万元的经济的损失。

所以5年内哪怕能减少一次停产，也宁愿选择进口知名品牌的DCS系统。

四、甲醛生产过程DCS系统的选配
除上述国产品牌外,在国内甲醛装置上的应用还有威盛，优稳，川仪的DCS系统可选用。

杭州优稳自动化系统有限公司的高端DCS系统，2013年获得了国家科技进步一等奖，早期推出的UW500系列在国内外已工程应用有1千套。

2011年11月（重庆）中国甲醛行业会议后，在甲醛行业应用DCS最多的省份有山东40套，河北19套，全国约80余套。

鉴于国产DCS系统硬件水平和甲醛生产过程控制系统DCS的组态应用、工程实施常见问题，应开展优化设计和精心组态，建议如下：
按37%、50%甲醛浓度工艺需要，设计标准化的蒸发、吸收工艺段。

科学合理地配置测量仪表、数据采集点、调节单元。

电控柜的优化和智能化发展也需要关注，追求操作、运行的高可靠性。

五、重视安全生产ESD系统的应用
依据安全监管趋势的要求，可燃有毒气报警信号、火灾报警信号、电气安全信号、罐区液位温度压力监控的接入是迟早的事项。

氧化工艺关键数据上传到所属区县级安监局，重大危险源监控数据上传到地级市安监局在北京、山东等地区已开始实施。

六、自动开停车功能软件模块的开发
早期的吉林石化化肥厂的甲醛装置，采用了横河的DCS系统，具备较复杂的连锁，据称后期将连锁解除了一部分才能开起车来，否则很麻烦和困难。

原因是开车准备不充分，检修不到位，开车过程常因出现异常报警连锁，中途会停下来。

若将开车准备条件的进行智能判断编程，并与中断开车的数据逻辑判断，可以实现自动开车/停车条件确认后，即能可靠自动执行。

七、未来控制系统趋向FCS的发展
理由如下：
1、DCS系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。

而FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采用，使得控制器功能与重要性相对减弱。

因此，FCS系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。

2、DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。

而FCS系统是开放式系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。

3、DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有D/A与A/D转换。

而FCS
系统是全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5%提高到±0.1%。

4、FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的每秒2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，从而改善调节性能。

5、DCS它可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。

但是，由于自身的致命弱点，其I/O信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在DCS工程师站上对现场仪表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。

FCS采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。

FCS 采用的是双向数字通信现场总线信号制。

因此，它可以对现场装置（含变送器、执行机构等）进行远方诊断、维护和组态。

FCS的这点优越性是DCS无法比拟的。

6、FCS由于信息处理现场化，与DCS相比可以省去相当数量的隔离器或安全栅、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积。

有专家认为可以省去60%。

7、为此可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用。

有专家认为可以节省66%。

8、基本监控如流量、料位、温度、压力等的变化是缓慢的，而且还有滞后效应，因此，节点监控并不需要快电子学的响应时间，但要求有复杂的模拟量处理能力。

这一物理特征决定了系统基本上多采用主一从之间的集中轮询制，这在技术上是合理的，在经济上是有利的。

9、流量、料位、温度、压力等参数的测量，其物理原理是古典的，但传感器、变送器及控制器应向数字智能化发展。

10、作为针对连续过程类及其仪器仪表而开发的FCS，可侧重于低速总线H1的完善设计。

（完）。