推進國產DCS應用進程的探討[1]

浙江省電力公司電力科學研究院 孫長生，黃勃，丁俊宏，王蕙

隨著世界高科技的飛速發展和我國機組容量的快速提高，電廠熱控技術不斷地從相關學科中吸取最新成果而迅速發展和完善。一方面作為機組主要控制系統的DCS走向成熟，控制范圍延伸至全廠范圍，國產DCS在600MW及以上機組的廣泛應用水平，打破進口DCS在超臨界機組上的壟斷地位，且與主流進口品牌DCS的市場競爭實力逐步上升。另一方面隨著工業生產的大型化和過程控制要求的不斷提高，DCS已發展成為火力發電機組控制的中樞系統，日益發揮著舉足輕重的作用，其本身的性能影響著機組的安全性、可靠性和經濟性。隨著國家節能、降耗、減排要求的提高，機組優化控制的探索與應用也正逐步展開,國產DCS是否能擔當此重任。針對這二方面,筆者對國產DCS應用情況進行了調研。

1 電力行業發電機組DCS應用情況調研

1.1 主機上的應用情況

根據調研統計，DCS在300MMW及以上機組應用，進口產品占據了主要份額，與國內產品的比例大約:300MW機組是 4:1，600MW及以上機組是14:1，1000MW機組上是9:1。600MW及以上機組的汽機控制系統,進口產品占的比例更高。其中應用比較廣泛的是艾默生OVATION系統、福克斯波羅I/A系統、ABB-Symphony系統、西門子TXP及T3000系統、日立HIACS-5000M+系統、利諾MAX系統和GE新華XDPS系統。此外還有日本橫河CENTUM、日本三菱DIASYS-UP-6、H&B和HONEYWELL-TPS等，但所占比例相對較少。XDPS-400分散控制系統原為上海新華控制工程有限公司開發，并一度在國內300MW以下機組市場占據半壁江山，但2005年后被GE能源公司收購，市場份額下降明顯。目前GE新華公司在XDPS-400基礎上開發出OC6000E分散控制系統在河北沙河、河南金亨電廠應用。

國產DCS在發電機組上應用，除國電智深EDPF系統6×1000MW超超臨界機組和20×600MW超臨界機組 、和利時HOLLYSYS系統應用2×1000MW超超臨界，12×600MW亞臨界機組 ；占有了一定比例外，國電南自TCS3000系統、山東魯能LN2000系統、西安熱工院FCS165系統也已進入600MW機組應用，南京科遠NT6000系統、浙大中控ECS系統和上海新華在XDPS-400基礎上開發的XDC800系統、上海自動化儀表SUPMAX800也在300MW機組及600MW機組的輔控系統上得到應用。目前300MW及以下等級機組已開始基本使用國產DCS，并在600MW等級機組上逐步得到推廣，而600MW以上機組的DCS基本仍以進口DCS為主流。

1.2 輔控系統上的應用情況

主要國產DCS廠商均具有新建電廠輔助車間控制系統的業績，但國產DCS在輔助車間控制系統中的使用仍處于起步階段，大多數輔控系統上采用的還是PLC。本次調研中，了解到一些大機組輔控系統采用了國產DCS，包括一些600MW及以上機組，如國電泰州電廠1000MW超超臨界和國電銅陵、大唐南京電廠的600MW超超臨界的全廠輔控網都采用了科遠NT6000系統，運行可靠，且體現了不少優勢：

（1）采用國產DCS具有價格優勢

隨著對控制要求的提高，PLC控制系統的擴展和性能跟隨著提升（雙網冗余、雙機熱備、設多個上位機站），使得PLC系統失去原有的價格優勢。從多個電廠招標的結果來看，國產DCS系統構成的輔控系統價格要低于進口PLC系統，備品備件價格更加明顯。

（2）國產DCS易擴展且擴展成本低

在設備改造需增加新系統或監控點時，采用進口PLC構成的控制系統，往往需重新按套按點購買軟件才能進行系統擴充，由于后續購買加上擴展點少，供應商通常要價很高。而使用國產DCS，其軟件除使用WINDOWS平臺外，其它軟件為廠家自行開發，通常隨硬件提供電廠使用不再額外收取或收取很少的費用，如點數不夠僅需采購硬件即可，因此擴展成本大大低于PLC購成的控制系統。

（3）采用DCS能夠實現減人增效

用DCS組成輔控系統，容易實現輔控和脫硫一體化乃至全廠控制一體化，減少了接口問題帶來的不便和運行維護的費用，由于系統構成變得相對簡單，熱控人員只要掌握一套控制系統技術，面對同一人機界面，不但可降低技術要求，提高處理問題的能力還減輕了工作量。因此可相應減少熱控維護人員，達到減人增效的目的。同時也緩解了人員流動大帶來的維護人員不足的壓力。

（4）有助于取代進口DCS

從國產DCS的發展過程來看，國產DCS在輔助控制中的使用最終有助于推動國產DCS取代進口DCS，當進口DCS設備老化，備件昂貴，服務不到位的情況出現時，有了在輔助車間控制系統設備穩定運行的優勢的國產DCS，將增加對該廠的進口DCS進行改造的機會。此外由于環境保護的需要，脫硫系統已成為新建電廠的標準配置，老機組都在進行脫硫改造，從推動國產DCS發展、節約成本和DCS本身可靠性幾方面考慮，脫硫采用國產DCS的方案都是可行的。因此用戶和廠家應聯合，以輔助車間控制系統國少DCS化為突破口，推動國產DCS在電廠的全面使用。

2 電力行業國產DCS應用情況綜評

（1）國產DCS應用可靠性

由于國產DCS赴較晚，國外DCS占據了主要市場，但從調研數據看出，經過多年持續的對進口DCS系統的消化吸收、自身研發與努力，國產分散控制系統近年已取得了長足的進步與發展。在相關發電集團公司支持，實施電廠積極參與實施過程中的過程可靠性研究，通過有效的技術和管控措施，使得國產DCS的性能與功能和質量可靠性得到了快速提升。近幾年隨著國產DCS國電智深EDPF-NT系統、和利時MACS-V6系統在600MW和1000MW機組上的成功投入商業運行后，系統的硬、軟件運行狀況良好，機組的熱控自動投入率和熱控保護投入率、熱控保護動作正確率均達倒進口控制系統同等的檔次。根據我們的調研結論，從機組投產至今均未發生因為DCS原因導致的機組停運事件，相反倒是一些進口機組曾發生多次停機，電容嚴重爆漿事件。這說明了國產DCS已取得了質的飛躍，具備與主流進口品牌DCS相當的市場競爭實力和在600MW及以上機組廣泛應用的水平，從而結束了高端自動控制系統完全依賴進口的歷史，打破了進口DCS在超臨界機組上的壟斷地位。此外新成長起來的國產DCS的加入，將進一步強化市場競爭，促進DCS技術的發展與價格的平衡。

（2）國產DCS技術與能力

綜合國產DCS的運行調研效果，國產DCS技術與能力：

? 硬軟件方面，近幾年投運的系統與進口產品比較綜合性能差距不大，各類全封閉設計模件具有免維護性能，總的I/O點數也應用到15054點；軟件全在WINDOWS平臺運行，界面友好，組態修改方便，全中文環境，易于理解和掌握，應用功能基本包括了電廠的全部需求。表明DCS設計制造、性能參數方面均能滿足當前我國火電機組建設設計規范要求。國產DCS品牌在整體設計成套、制造方面已經成熟，具備和進口品牌競爭的實力。

? 在DCS使用可靠性方面，調研數據統計分析表明，近幾年投運的系統，工程與機組運行期間卡件故障率與發生的問題已較早期的大幅度下降，DCS故障引起主機跳閘、年均各類故障總次數及設備損壞率方面，幾家主要國產DCS品牌和大多數進口品牌基本都處于同一水平，表明國產DCS在工程應用上已經成熟，能經受得住現場應用的考驗。

? DCS在技術層面上本應無條件實現機組運行期間在線組態修改和下載功能，進口和國產DCS都具有該功能，但進口DCS往往建議不執行或盡量不執行該功能（多數都在下載時發生過機組運行異常情況）。同樣國產DCS也不推薦在機組運行期間進行組態或修改工作。也就是說從管理角度上都要求避免機組運行期間進行組態修改和下裝，這是進口DCS和國產DCS都需要進一步改進的地方。

? 國產DCS容易實現一體化，如國電莊河電廠EDPF-NT成功實現連輔控在內的一體化DCS，減少不同系統間數據通訊及交換，幾乎不存在與外系統兼容性問題，具有生產維護統一、方便的優點。

（3）國產DCS工程與售后服務能力

國產DCS維護方便，其工程能力和售后服務能力均強于進口DCS。由于國產DCS多年來一直處于爭市場的定位，服務周到是其一貫的優勢，出現問題也容易發現，現場解決不了的問題，一般都能及時到廠，且由于DCS廠商對自己產品都有深入了解，大部分問題通過電話溝通就能解決。如南京科遠公司，不管是咨詢，還是控制系統問題處理，總是在要求的時間內提前趕到，且到現場后問題都能得到處理。相比之下進口公司服務相對人員少，出了問題一般服務不能象國產DCS響應那么積極，就算能積極響應，但由于其自身對系統的掌握也存在一定的問題，往往不能迅速得到處理，有的得拖上幾個月，到時對問題原因還不一定能給電廠一個合理的解釋。

（4）國產DCS價格水平

國產DCS成功打破了進口DCS在市場方面的壟斷局面，大大降低了我國近些年電力裝機快速發展階段的投資成本。從本次統計數據看，迫于國產DCS在大機組上成功投運的壓力，進口DCS的價格大幅下跌。以2臺1000MW機組為例，進口DCS的中標價從2005年的2500萬降到了現在的1100萬。因此國產DCS的大量應用，有效拉低了DCS平均市場價格；同時迫使進口DCS降價，使得進口DCS與國產DCS之間的價格差距逐步縮小。目前情況，國產控制系統設備建設投資比進口設備相比仍低30%左右。

從DCS廠家的售后服務看，進口DCS產品采用大幅度提高備品備件價格（尤其是個別進口DCS的價格高得太離譜，如一塊控制卡開價90萬，一個鼠標要價1.8萬）和售后服務費用（個別進口DCS廠家技術人員來現場處理問題一天價格12.5萬，甚至18萬）的策略，來挽回工程投標價降低帶來的利潤減少。而國產DCS廠家的服務態度和到位及時性，都明顯要高于進口DCS，服務費用也大大低于進口DCS：在備品、備件供貨周期，現場服務等待時間以及年均設備更換費用、質保服務費用方面和進口品牌相比都具有明顯的地域優勢和價格優勢。總體運行維護費用大約為國外品牌的1/3左右。因此機組后續的維護費用，國產DCS大大低于進品DCS。

（5）國產DCS弱項

但國產DCS與進口DCS相比，也還有其不足之處。綜合機組運行效果反饋，其主要弱項：

一是硬件制造工藝上略顯粗糙，機柜內部布線不夠規范合理，控制處理器功能與進口比較處理容量略小，運行中單臺控制器離線的次數多于進口DCS控制器。

二是軟件組態功能塊集成化程度低于進口DCS，標準模塊功能還有所欠缺。

三是多數國產DCS尚缺乏大型機組上的應用成功經驗，其軟件控制能力尚有待實際應用檢驗。

3 關于機組DCS國產化的探討

國產DCS系統在技術水平和可靠性上已擁有與國際產品一比高下的平臺。為減少成本節省降耗和推動國產DCS的快速發展，通過對調研情況的綜合分析，筆者提出以下建議：

（1）政府部門引導

政府部門應積極引導各發電集團公司優先采用國產DCS，給予國產DCS用戶一定的鼓勵和優惠政策。通過重點科技項目攻關等手段，積極扶持國產DCS企業的新技術研發，提高國產DCS企業的市場競爭力。各集團應放棄工程投標時設置不利國產DCS投標的門檻（比如說要有多少臺的業績，才能投標）。

（2）招標合同中增加可靠性量化指標

合同中應增加指標達不到要求，或多少年內DCS故障引起機組跳閘的罰款且與合同價格掛釣的條款（目前國產DCS引起機組跳閘的案例并不高于進口DCS），對違約的應通過案例或信譽問題通報，排除其產品參與投標等進行懲罰。同時將現場服務即時性、后續備品備件價格及現場服務費用等也量化列入招標合同（避免后續的漫天要價），這些是國產DCS的優勢，有利于提高其競爭力和中標機會。

（3）集團層面放寬對機組跳閘的考核

各集團應放寬對機組跳閘的考核，一方面有利于實事求是地查明故障原因，采取相應的技術措施，以提高控制系統的可靠性，同時有利于電廠提高采用國產DCS的積極性。

（4）廠商提高產品質量

對國產DCS廠商而言，需進一步提高產品質量、重視新技術的研發；聯合電廠，在完善傳統功能的基礎上，積極開展先進優化技術、保護安全系統一體化技術以及現場總線技術等的研發，增強自身的市場競爭力。

4 結束語

只有國產DCS的全面應用，才能迫使進口DCS價格適中，提高工程和售后服務響應速度，備件價格回歸公道，并不斷優化軟件維護的方便性，進一步提高系統性能和可靠性。同時在與進口DCS競爭中才能獲得提高和發展，收獲自已的市場份額。從目前的情況來看，只要國產DCS積極進取，進一步提供產品質量，發揮自己的長處和優勢，在各發電集團的支持下，利用數年時間，改變現成電廠控制系統應用狀況并取得優勢是可以預期的 。

[1] 孫長生等.火電行業自動化技術的發展及其現狀調研報告[R]，浙江: 浙江省電力公司電力試驗研究院，2012.6.

[2] 孫 月等. 1000 MW機組自主化DCS系統的研發與應用總結報告[R]，廣東: 廣東國華粵電臺山發電有限公司，2012.5.

[3] 鄭志剛. 國產DCS在660 MW超超臨界機組的應用總結報告[R]，神華江蘇國華陳家港發電有限公司，2012.5.

[4] 張健. 國產分散控制系統在火力發電廠的應用[C]，2008年全國發電廠熱工自動化專業會議論文集.