火電公司分散控制系統的評估與選型

李 娟 張成林

1、濟寧東郊熱電廠， 濟寧市 272100

2、山東里彥發電有限公司， 濟寧市 272100

火電公司分散控制系統的評估與選型

李 娟1張成林2

1、濟寧東郊熱電廠， 濟寧市 272100

2、山東里彥發電有限公司， 濟寧市 272100

討論了火電公司應用中分散控制系統評估的內容和一般準則，并介紹了一種評估和選型的具體方法和步驟，這對火電公司分散控制系統的工程設計以及提高發電效率具有一定的借鑒意義。

分散控制系統；評估矩陣；評估選型

Distributed Control system; Evaluation Matrix; Evaluation Selection;

自從國內火電公司開始應用分散控制系統(DCS)以來，已先后有近二十種型號的DCS應用于不同的工程。由于各制造廠研制的背景和所考慮的應用領域不同，不同型號的在結構和性能上各有千秋，且在技術更新方面，這些系統更新換代也十分迅速。這一方面促進了DCS在火電公司應用水平的提高，另一方面，對用戶來講，如何合理地進行DCS評估選型，已成為火電公司熱工自動化設計工作中重要內容之一，且面臨著十分繁重的選擇形勢。由于DCS的評估選型是一種復雜的工作，這不但要求評估者熟悉多種DCS的性能結構，還要掌握這些DCS的實際應用情況，同時，在評估過程中還會受到一些主客觀因素的影響，因此，目前并無一種成熟的統一的評價方法[1]。本文通過工程設計過程中應用DCS的實踐，結合有關工程的設計，總結歸納了DCS的評估及選型的原則和方法，供設計和選用DCS時參考。

1 分散控制系統評估內容

評估一個DCS涉及的方面較多，如系統的可靠性、功能的先進性、可操作性、廠家的技術服務以及同國內合作單位的配合等，是一個比較復雜的過程。綜合起來可以從大的方面考慮幾個內容:第一是技術性能，第二是可靠性，第三是使用性能，第四是經濟性。

1.1 技術性能

系統的技術性能主要包括現場控制站、人機接口、包括操作員站、工程師站、通訊系統以及軟件的綜合技術性能指標等。其中現場控制站包括CPU字長、運算速度；結構的分散性，現場配置的靈活性;過程1/0模的種類和最大容量、精度以及抗干擾指標;控制器、1/0 模件、通訊及電源的冗余功能，故障診斷和維護功能。操作員站包括CPU字長，運算速度和內存量，有無觸屏或鼠標，專用鍵盤的功能和可靠性，有無多媒體技術，是否具有漢化功能、人機工程設計是否先進合理、畫面種類、數量及調出速度、報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，還應考慮其組態方式、畫面編輯、系統生成使用簡便、易于掌握。通信系統包括網絡結構、傳輸速率和距離、實時性、冗余性和可靠性。

1.2 可靠性評估

可靠性評估是DCS應用于火電公司的最重要指標。電力的生產要求連續，機組運行的安全性顯得格外重要，必須給予特別注意[2]。評價DCS的可靠性一般基于以下幾種準則：一是要使系統本身不易發生故障，即所謂的故障預防，這可用MTBF來衡量。它要求系統采用高度可靠的元器件;二是在系統發生故障時盡可能減少故障所造成的影響，它要求系統具有完善的自診斷功能;三是當系統發生故障時，系統仍可繼續運行，這要求系統應有合理的冗余技術；四是當系統發生故障時，可以在不停止系統運行的情況下進行維修，即在線維技術。

1.3 使用性能

使用性指DCS的市場占有率和適用領域，技術的先進性與成熟性如何，先進控制策略的采用等;技術延續性和可借鑒性是指設計、安裝、調試人員已有DCS經驗的多少，全廠的綜合管理考慮，總體培訓DCS人數的考慮等。具體到一個省電網范圍，則應考慮盡量減少應用的DCS的品種，以便設計、安裝、調試、培訓運行更為方便、經濟；開放性指DCS能否與其他系統相連，共享信息資源;可維護性指在使用DCS中進行系統維護的難易程度，包括故障處理、對人員素質要求，是否帶電插拔等。企業信譽包括廠家的售后服務、廠家培訓能力、技術支持等。

為了更好地應用DCS，國外主要的DCS生產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軟件，國內使用單位負責應用軟件[3]。為此，在DCS的工程設計中，評價DCS廠家與國內合作單位的配合及服務問題是個不容忽視的問題。為此應注意以下4個方面：

第一，國內使用單位是否有設計電廠DCS應用軟件的經驗，對所評價的DCS是否透徹理解并靈活應用。

第二，DCS制造廠與國內合作單位的合作形式，其配合是否良好，這直接關系到產品的價格和以后的售后服務。

第三，合作單位有否組裝、測試和維護DCS部件的能力。能否做好備品備件供應和維修工作，是否具有進出口權。

第四，合作單位應用分散控制系統的實績如何。系統所含功能是否按時圓滿實現。是否完成了合同技術條款中所規定的性能指標。用戶反應是否良好。

1.4 經濟性評估

DCS經濟性評價主要指采用DCS后，所需花費與經濟效益的評估。花費方面主要考慮兩個因素:初始費用（即系統購置費用、培訓費等)和運行費用（采用某系統后，一年運期所花費的設備折舊費、維修費等）。經濟效益在個中行包括生產過程節能降耗帶來的效益、減少運行人員帶來的效益等。另外，衡量DCS經濟性的指標還可用投資回收年限（即“初始投資”除以“總經濟收益減去運行費用”）來表示，值越小，系統投資回收率越高[4]。

應該指出，評價DCS時，不能簡單地憑借以上各項指標的高低即能分辨出哪種DCS是最好的系統。在評價DCS時，還必須考慮以下三問題。

一是可靠性與經濟性權衡的問題。通常，DCS的高可靠性與其經濟性是一對矛盾。要求系統可靠性高，則系統必須要采用先進的技術、優良的元器件以及較大的冗余度，這樣系統價格也會相對提高。因此，在選擇時，應有所偏重。在電廠控制中，要求萬無一失，這樣就必須考慮提高系統的冗余度以及現場控制單元的可靠性，雖然成本高，但與事故造成的巨大損失相比還是值得的[5]。

二是系統功能與生產過程相匹配的問題。在評價系統時，除通盤考慮以上四個內容外，還應有所側重。具體到火電公司控制系統，應首先考慮到機組投產后要長期、連續地運行數十年，從而把選用質量可靠的放在首要位置，這時評價一個DCS就應以可靠性指標為主，一個系統在此方面占有優勢，就應初步評價此系統為優。

三是系統的新功能與系統的成熟性的折中問題。由于DCS發展較快，一些新系統、新功能不斷涌現。此時用戶選擇系統時應廣泛考慮及調研，選擇那些既性能先進，又成熟完善并有應用實績的系統。

2 分散控制系統的評估方法

在進行了以上內容的評估之后，即可參考以下評估方法以對DCS作出綜合評估。這種方法稱為“基于加權因素的評估矩陣”方法。

2.1 評估矩陣

在評價DCS之前，首先對具體工程確定一個評估矩陣，見表1。

其中，矩陣中的“加權值”代表評估人員對各項性能指標的重視程度，它應該是安裝、運行、管理及調試人員幾方面的綜合意見。每個廠家的“等級分”則是綜合某一項評估內容中的多種包含因素由評估人員給出的。對其中某一項的等級分(1)還可用另一評估矩陣來確定。如計算“合作伙伴及服務”這一項等級分，其評估矩陣見表2。

2.2 評估及選型程序

2.2.1 列出評估矩陣

首先由評估人員根據某一具體工程，初步選定大家認可的可靠性較高，在電廠應用實績較多的3～4種DCS，然后提出必要的評估內容，然后按以上表格列出評估矩陣。

2.2.2 初評

在評估矩陣確定后，由廠方人員組成的評估人員共同對評估內容進行綜合比較、平衡，劃分主次，確定各項內容的加權值，填入矩陣當中。

2.2.3 詢價及考察

在給出各DCS廠家等級分之前，對初步選定的DCS廠家、包括合作伙伴）及DCS的使用電廠進行調研，然后對DCS廠家進行招標或詢價，參考各廠家標書內容整理各項DCS性能指標。

2.2.4 技術談判

經過調研和詢價，隨后的工作就是召集DCS廠家進行技術談判并最終確定公布選型結果。技術談判是買方和賣方就詢價和報價中的各項問題進行討論，確定DCS的技術規格、供貨范圍、系統配置、交貨日期、國內配套設備、設計聯絡會、培訓、驗收、技術服務等項內容。進行技術談判前，買方要根據賣方提供的技術資料認真研究報價書中的各項內容確認所報DCS配置能否滿足實際需要。尤其要對1/0模件的種類及點數、現場控制站及人機接口的功能和備品備件的種類及數量等內容進行認真核對。根據以上工作，擬定談判提綱。

技術談判一般可包括如下內容:賣方詳細介紹產品技術性能，應用情況，解釋與技術規范書的差異，說明對系統配置的考慮等等，從而使買方詳細了解報價書中的內容，買方可就報價書中的內容詢問甚至修改，并提出有關問題請賣方解釋。根據談判結果，最后重新修改確認廠家的報價書，廠家據此可做第二次報價。

2.2.5 綜合評價選型

在綜合評價選型階段，買方根據DCS評估、技術談判和最終報價，逐項對評估矩陣的內容進行打分，計算DCS廠家的得分，通過比較其分數差別，進行取舍。如果分數差別不大，則再考慮價格及供貨周期等因素。最后，經過有關設計安裝、調試及管理等專業從員和領導的最后評審，作出一個綜合選擇結果，選出一個各方面都比較滿意的系統。

3 結束語

本文的目的是針對分散控制系統評估及選型介紹一種參考方法。由于每個具體工程都有其特殊性，且在國內電廠應用的幾種分散控制系統功能水平相當，均能滿足大型火電機組運行監視及控制要求，因此在分散控制系統的設計選型中，應根據本工程的具體情況總結其他實際選型中的經驗，在參考本文評估方法的基礎上，綜合各方人員的意見，最后做選型決策。

表1 DCS工程評估矩陣表

表2 DCS工程評估矩陣表

[1]王常力,廖道文.集散型系統的設計與應用[M].北京:清華大學出版社.1993，35～47

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

[3]和秋鵬,喻壽益.IFIX組態軟件在循環流化床鍋爐控制系統中的應用[J].安防科技.2006,(06)

[4]汪云祥,安宗權.基于Delphi的DCS組態軟件的研究與設計[J].安徽工程科技學院學報.2002,(01)

[5]周勇.DCS在火化工企業中的應用[J].兵工自動化.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，現為濟寧東郊熱電廠助理工程師，主要從事火力發電控制與技術監測方面的工作；張成林，現為山東里彥發電有限公司助理工程師，主要從事火力發電監控與技術管理方面的工作。