火電公司分散控制系統(tǒng)的評(píng)估與選型

李 娟 張成林

1、濟(jì)寧東郊熱電廠， 濟(jì)寧市 272100

2、山東里彥發(fā)電有限公司， 濟(jì)寧市 272100

火電公司分散控制系統(tǒng)的評(píng)估與選型

李 娟1張成林2

1、濟(jì)寧東郊熱電廠， 濟(jì)寧市 272100

2、山東里彥發(fā)電有限公司， 濟(jì)寧市 272100

討論了火電公司應(yīng)用中分散控制系統(tǒng)評(píng)估的內(nèi)容和一般準(zhǔn)則，并介紹了一種評(píng)估和選型的具體方法和步驟，這對(duì)火電公司分散控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)以及提高發(fā)電效率具有一定的借鑒意義。

分散控制系統(tǒng)；評(píng)估矩陣；評(píng)估選型

Distributed Control system; Evaluation Matrix; Evaluation Selection;

自從國內(nèi)火電公司開始應(yīng)用分散控制系統(tǒng)(DCS)以來，已先后有近二十種型號(hào)的DCS應(yīng)用于不同的工程。由于各制造廠研制的背景和所考慮的應(yīng)用領(lǐng)域不同，不同型號(hào)的在結(jié)構(gòu)和性能上各有千秋，且在技術(shù)更新方面，這些系統(tǒng)更新?lián)Q代也十分迅速。這一方面促進(jìn)了DCS在火電公司應(yīng)用水平的提高，另一方面，對(duì)用戶來講，如何合理地進(jìn)行DCS評(píng)估選型，已成為火電公司熱工自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作中重要內(nèi)容之一，且面臨著十分繁重的選擇形勢(shì)。由于DCS的評(píng)估選型是一種復(fù)雜的工作，這不但要求評(píng)估者熟悉多種DCS的性能結(jié)構(gòu)，還要掌握這些DCS的實(shí)際應(yīng)用情況，同時(shí)，在評(píng)估過程中還會(huì)受到一些主客觀因素的影響，因此，目前并無一種成熟的統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法[1]。本文通過工程設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用DCS的實(shí)踐，結(jié)合有關(guān)工程的設(shè)計(jì)，總結(jié)歸納了DCS的評(píng)估及選型的原則和方法，供設(shè)計(jì)和選用DCS時(shí)參考。

1 分散控制系統(tǒng)評(píng)估內(nèi)容

評(píng)估一個(gè)DCS涉及的方面較多，如系統(tǒng)的可靠性、功能的先進(jìn)性、可操作性、廠家的技術(shù)服務(wù)以及同國內(nèi)合作單位的配合等，是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。綜合起來可以從大的方面考慮幾個(gè)內(nèi)容:第一是技術(shù)性能，第二是可靠性，第三是使用性能，第四是經(jīng)濟(jì)性。

1.1 技術(shù)性能

系統(tǒng)的技術(shù)性能主要包括現(xiàn)場(chǎng)控制站、人機(jī)接口、包括操作員站、工程師站、通訊系統(tǒng)以及軟件的綜合技術(shù)性能指標(biāo)等。其中現(xiàn)場(chǎng)控制站包括CPU字長(zhǎng)、運(yùn)算速度；結(jié)構(gòu)的分散性，現(xiàn)場(chǎng)配置的靈活性;過程1/0模的種類和最大容量、精度以及抗干擾指標(biāo);控制器、1/0 模件、通訊及電源的冗余功能，故障診斷和維護(hù)功能。操作員站包括CPU字長(zhǎng)，運(yùn)算速度和內(nèi)存量，有無觸屏或鼠標(biāo)，專用鍵盤的功能和可靠性，有無多媒體技術(shù)，是否具有漢化功能、人機(jī)工程設(shè)計(jì)是否先進(jìn)合理、畫面種類、數(shù)量及調(diào)出速度、報(bào)警方式及記錄能力等。工程師站主要包括除具備操作員站的功能外，還應(yīng)考慮其組態(tài)方式、畫面編輯、系統(tǒng)生成使用簡(jiǎn)便、易于掌握。通信系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸速率和距離、實(shí)時(shí)性、冗余性和可靠性。

1.2 可靠性評(píng)估

可靠性評(píng)估是DCS應(yīng)用于火電公司的最重要指標(biāo)。電力的生產(chǎn)要求連續(xù)，機(jī)組運(yùn)行的安全性顯得格外重要，必須給予特別注意[2]。評(píng)價(jià)DCS的可靠性一般基于以下幾種準(zhǔn)則：一是要使系統(tǒng)本身不易發(fā)生故障，即所謂的故障預(yù)防，這可用MTBF來衡量。它要求系統(tǒng)采用高度可靠的元器件;二是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)盡可能減少故障所造成的影響，它要求系統(tǒng)具有完善的自診斷功能;三是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)仍可繼續(xù)運(yùn)行，這要求系統(tǒng)應(yīng)有合理的冗余技術(shù)；四是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以在不停止系統(tǒng)運(yùn)行的情況下進(jìn)行維修，即在線維技術(shù)。

1.3 使用性能

使用性指DCS的市場(chǎng)占有率和適用領(lǐng)域，技術(shù)的先進(jìn)性與成熟性如何，先進(jìn)控制策略的采用等;技術(shù)延續(xù)性和可借鑒性是指設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試人員已有DCS經(jīng)驗(yàn)的多少，全廠的綜合管理考慮，總體培訓(xùn)DCS人數(shù)的考慮等。具體到一個(gè)省電網(wǎng)范圍，則應(yīng)考慮盡量減少應(yīng)用的DCS的品種，以便設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、培訓(xùn)運(yùn)行更為方便、經(jīng)濟(jì)；開放性指DCS能否與其他系統(tǒng)相連，共享信息資源;可維護(hù)性指在使用DCS中進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)的難易程度，包括故障處理、對(duì)人員素質(zhì)要求，是否帶電插拔等。企業(yè)信譽(yù)包括廠家的售后服務(wù)、廠家培訓(xùn)能力、技術(shù)支持等。

為了更好地應(yīng)用DCS，國外主要的DCS生產(chǎn)廠均在中國建立了自己的合作伙伴，由制造商提供硬件和系統(tǒng)軟件，國內(nèi)使用單位負(fù)責(zé)應(yīng)用軟件[3]。為此，在DCS的工程設(shè)計(jì)中，評(píng)價(jià)DCS廠家與國內(nèi)合作單位的配合及服務(wù)問題是個(gè)不容忽視的問題。為此應(yīng)注意以下4個(gè)方面：

第一，國內(nèi)使用單位是否有設(shè)計(jì)電廠DCS應(yīng)用軟件的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所評(píng)價(jià)的DCS是否透徹理解并靈活應(yīng)用。

第二，DCS制造廠與國內(nèi)合作單位的合作形式，其配合是否良好，這直接關(guān)系到產(chǎn)品的價(jià)格和以后的售后服務(wù)。

第三，合作單位有否組裝、測(cè)試和維護(hù)DCS部件的能力。能否做好備品備件供應(yīng)和維修工作，是否具有進(jìn)出口權(quán)。

第四，合作單位應(yīng)用分散控制系統(tǒng)的實(shí)績(jī)?nèi)绾?。系統(tǒng)所含功能是否按時(shí)圓滿實(shí)現(xiàn)。是否完成了合同技術(shù)條款中所規(guī)定的性能指標(biāo)。用戶反應(yīng)是否良好。

1.4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

DCS經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)主要指采用DCS后，所需花費(fèi)與經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估?；ㄙM(fèi)方面主要考慮兩個(gè)因素:初始費(fèi)用（即系統(tǒng)購置費(fèi)用、培訓(xùn)費(fèi)等)和運(yùn)行費(fèi)用（采用某系統(tǒng)后，一年運(yùn)期所花費(fèi)的設(shè)備折舊費(fèi)、維修費(fèi)等）。經(jīng)濟(jì)效益在個(gè)中行包括生產(chǎn)過程節(jié)能降耗帶來的效益、減少運(yùn)行人員帶來的效益等。另外，衡量DCS經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)還可用投資回收年限（即“初始投資”除以“總經(jīng)濟(jì)收益減去運(yùn)行費(fèi)用”）來表示，值越小，系統(tǒng)投資回收率越高[4]。

應(yīng)該指出，評(píng)價(jià)DCS時(shí)，不能簡(jiǎn)單地憑借以上各項(xiàng)指標(biāo)的高低即能分辨出哪種DCS是最好的系統(tǒng)。在評(píng)價(jià)DCS時(shí)，還必須考慮以下三問題。

一是可靠性與經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡的問題。通常，DCS的高可靠性與其經(jīng)濟(jì)性是一對(duì)矛盾。要求系統(tǒng)可靠性高，則系統(tǒng)必須要采用先進(jìn)的技術(shù)、優(yōu)良的元器件以及較大的冗余度，這樣系統(tǒng)價(jià)格也會(huì)相對(duì)提高。因此，在選擇時(shí)，應(yīng)有所偏重。在電廠控制中，要求萬無一失，這樣就必須考慮提高系統(tǒng)的冗余度以及現(xiàn)場(chǎng)控制單元的可靠性，雖然成本高，但與事故造成的巨大損失相比還是值得的[5]。

二是系統(tǒng)功能與生產(chǎn)過程相匹配的問題。在評(píng)價(jià)系統(tǒng)時(shí)，除通盤考慮以上四個(gè)內(nèi)容外，還應(yīng)有所側(cè)重。具體到火電公司控制系統(tǒng)，應(yīng)首先考慮到機(jī)組投產(chǎn)后要長(zhǎng)期、連續(xù)地運(yùn)行數(shù)十年，從而把選用質(zhì)量可靠的放在首要位置，這時(shí)評(píng)價(jià)一個(gè)DCS就應(yīng)以可靠性指標(biāo)為主，一個(gè)系統(tǒng)在此方面占有優(yōu)勢(shì)，就應(yīng)初步評(píng)價(jià)此系統(tǒng)為優(yōu)。

三是系統(tǒng)的新功能與系統(tǒng)的成熟性的折中問題。由于DCS發(fā)展較快，一些新系統(tǒng)、新功能不斷涌現(xiàn)。此時(shí)用戶選擇系統(tǒng)時(shí)應(yīng)廣泛考慮及調(diào)研，選擇那些既性能先進(jìn)，又成熟完善并有應(yīng)用實(shí)績(jī)的系統(tǒng)。

2 分散控制系統(tǒng)的評(píng)估方法

在進(jìn)行了以上內(nèi)容的評(píng)估之后，即可參考以下評(píng)估方法以對(duì)DCS作出綜合評(píng)估。這種方法稱為“基于加權(quán)因素的評(píng)估矩陣”方法。

2.1 評(píng)估矩陣

在評(píng)價(jià)DCS之前，首先對(duì)具體工程確定一個(gè)評(píng)估矩陣，見表1。

其中，矩陣中的“加權(quán)值”代表評(píng)估人員對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的重視程度，它應(yīng)該是安裝、運(yùn)行、管理及調(diào)試人員幾方面的綜合意見。每個(gè)廠家的“等級(jí)分”則是綜合某一項(xiàng)評(píng)估內(nèi)容中的多種包含因素由評(píng)估人員給出的。對(duì)其中某一項(xiàng)的等級(jí)分(1)還可用另一評(píng)估矩陣來確定。如計(jì)算“合作伙伴及服務(wù)”這一項(xiàng)等級(jí)分，其評(píng)估矩陣見表2。

2.2 評(píng)估及選型程序

2.2.1 列出評(píng)估矩陣

首先由評(píng)估人員根據(jù)某一具體工程，初步選定大家認(rèn)可的可靠性較高，在電廠應(yīng)用實(shí)績(jī)較多的3～4種DCS，然后提出必要的評(píng)估內(nèi)容，然后按以上表格列出評(píng)估矩陣。

2.2.2 初評(píng)

在評(píng)估矩陣確定后，由廠方人員組成的評(píng)估人員共同對(duì)評(píng)估內(nèi)容進(jìn)行綜合比較、平衡，劃分主次，確定各項(xiàng)內(nèi)容的加權(quán)值，填入矩陣當(dāng)中。

2.2.3 詢價(jià)及考察

在給出各DCS廠家等級(jí)分之前，對(duì)初步選定的DCS廠家、包括合作伙伴）及DCS的使用電廠進(jìn)行調(diào)研，然后對(duì)DCS廠家進(jìn)行招標(biāo)或詢價(jià)，參考各廠家標(biāo)書內(nèi)容整理各項(xiàng)DCS性能指標(biāo)。

2.2.4 技術(shù)談判

經(jīng)過調(diào)研和詢價(jià)，隨后的工作就是召集DCS廠家進(jìn)行技術(shù)談判并最終確定公布選型結(jié)果。技術(shù)談判是買方和賣方就詢價(jià)和報(bào)價(jià)中的各項(xiàng)問題進(jìn)行討論，確定DCS的技術(shù)規(guī)格、供貨范圍、系統(tǒng)配置、交貨日期、國內(nèi)配套設(shè)備、設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)、培訓(xùn)、驗(yàn)收、技術(shù)服務(wù)等項(xiàng)內(nèi)容。進(jìn)行技術(shù)談判前，買方要根據(jù)賣方提供的技術(shù)資料認(rèn)真研究報(bào)價(jià)書中的各項(xiàng)內(nèi)容確認(rèn)所報(bào)DCS配置能否滿足實(shí)際需要。尤其要對(duì)1/0模件的種類及點(diǎn)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)控制站及人機(jī)接口的功能和備品備件的種類及數(shù)量等內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真核對(duì)。根據(jù)以上工作，擬定談判提綱。

技術(shù)談判一般可包括如下內(nèi)容:賣方詳細(xì)介紹產(chǎn)品技術(shù)性能，應(yīng)用情況，解釋與技術(shù)規(guī)范書的差異，說明對(duì)系統(tǒng)配置的考慮等等，從而使買方詳細(xì)了解報(bào)價(jià)書中的內(nèi)容，買方可就報(bào)價(jià)書中的內(nèi)容詢問甚至修改，并提出有關(guān)問題請(qǐng)賣方解釋。根據(jù)談判結(jié)果，最后重新修改確認(rèn)廠家的報(bào)價(jià)書，廠家據(jù)此可做第二次報(bào)價(jià)。

2.2.5 綜合評(píng)價(jià)選型

在綜合評(píng)價(jià)選型階段，買方根據(jù)DCS評(píng)估、技術(shù)談判和最終報(bào)價(jià)，逐項(xiàng)對(duì)評(píng)估矩陣的內(nèi)容進(jìn)行打分，計(jì)算DCS廠家的得分，通過比較其分?jǐn)?shù)差別，進(jìn)行取舍。如果分?jǐn)?shù)差別不大，則再考慮價(jià)格及供貨周期等因素。最后，經(jīng)過有關(guān)設(shè)計(jì)安裝、調(diào)試及管理等專業(yè)從員和領(lǐng)導(dǎo)的最后評(píng)審，作出一個(gè)綜合選擇結(jié)果，選出一個(gè)各方面都比較滿意的系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

本文的目的是針對(duì)分散控制系統(tǒng)評(píng)估及選型介紹一種參考方法。由于每個(gè)具體工程都有其特殊性，且在國內(nèi)電廠應(yīng)用的幾種分散控制系統(tǒng)功能水平相當(dāng)，均能滿足大型火電機(jī)組運(yùn)行監(jiān)視及控制要求，因此在分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型中，應(yīng)根據(jù)本工程的具體情況總結(jié)其他實(shí)際選型中的經(jīng)驗(yàn)，在參考本文評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，綜合各方人員的意見，最后做選型決策。

表1 DCS工程評(píng)估矩陣表

表2 DCS工程評(píng)估矩陣表

[1]王常力,廖道文.集散型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社.1993，35～47

[2]李浩波.集散型控制系統(tǒng)在黃磷電熱爐生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].四川有色金屬.2001, (04)

[3]和秋鵬,喻壽益.IFIX組態(tài)軟件在循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].安防科技.2006,(06)

[4]汪云祥,安宗權(quán).基于Delphi的DCS組態(tài)軟件的研究與設(shè)計(jì)[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào).2002,(01)

[5]周勇.DCS在火化工企業(yè)中的應(yīng)用[J].兵工自動(dòng)化.1997,(04)

Evaluation and Seltion of the Distributed Control Syetem in Power Plant

Li Juan1Zhang Chenglin2
1、Jining Dongjiao Thermal Power Plant, Jining, 272100; 2、Shandong Liyan Power Company Limited, Jining, 272100

This paper discusses the contents and general rules for the evalut ion of the distributed control system in power plant.Introduces a specific method and procedure for its evaluation and selection, which can be used as reference for the engineering design of the distributed control system.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.044

李娟，現(xiàn)為濟(jì)寧東郊熱電廠助理工程師，主要從事火力發(fā)電控制與技術(shù)監(jiān)測(cè)方面的工作；張成林，現(xiàn)為山東里彥發(fā)電有限公司助理工程師，主要從事火力發(fā)電監(jiān)控與技術(shù)管理方面的工作。