脫硝DCS網(wǎng)絡結構比較

摘 要：DCS系統(tǒng)在電力行業(yè)應用廣泛，因DCS在電廠機組控制系統(tǒng)中主要采用單元機組和公用系統(tǒng)分開的三段式網(wǎng)絡結構，功能完善、性能穩(wěn)定。所以在行業(yè)內(nèi)一直存在著對脫硝DCS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構優(yōu)越性的爭論，但由于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的靈活性以及火電廠煙氣脫硝工藝多樣性、特殊性的特點，現(xiàn)根據(jù)脫硝不同工藝的項目實際應用，結合電力行業(yè)常用DCS的特點做以下比較說明，以便在實踐中根據(jù)實際情況靈活運用，發(fā)揮控制系統(tǒng)的最佳性能，達到經(jīng)濟實用、穩(wěn)定可靠的目的。

關鍵詞：煙氣脫硝；SCR_DCS；網(wǎng)絡結構；以太網(wǎng)

1 引言

我國一次能源結構中約70～80%由煤炭提供，每燃燒一噸煤炭，約產(chǎn)生5～30kg氮氧化物。火電廠排放的NOx總量約占全國氮氧化物排放總量的35～40%，電站鍋爐已成為主要的大氣污染固定排放源之一。為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，新版《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）提出了更嚴厲的NOx排放限制， 因此火力發(fā)電廠煙氣脫硝控制系統(tǒng)的運行可靠性和系統(tǒng)可利用率等將倍受關注。脫硝DCS網(wǎng)絡結構設計規(guī)劃將成為設計審查中的一個重要環(huán)節(jié)。

2 網(wǎng)絡結構說明

脫硝DCS控制系統(tǒng)（以下簡稱SCR_DCS）網(wǎng)絡結構，一般常規(guī)可設計二種方式：一個整體網(wǎng)絡或者三個獨立的網(wǎng)絡。下面根據(jù)二者結構配置的不同并結合目前市場主流DCS做以下比較說明。（注：此處暫以SCR為例說明，SNCR_DCS網(wǎng)絡結構雷同）

從網(wǎng)絡結構上看，一段網(wǎng)絡是將兩臺機組脫硝及脫硝公用系統(tǒng)做成一套DCS整體網(wǎng)絡，脫硝公用系統(tǒng)以遠程I/O及形式納入機組公共用系統(tǒng)，來實現(xiàn)對SCR_DCS的控制和監(jiān)視。

三段網(wǎng)絡是將單元機組脫硝和脫硝公用系統(tǒng)分開設置，各做一套DCS網(wǎng)絡，脫硝公用系統(tǒng)會以遠程I/O形式納入機組公共用系統(tǒng)，三段網(wǎng)絡間的通訊連接，實現(xiàn)對SCR_DCS的控制和監(jiān)視。

不同公司間的DCS產(chǎn)品的網(wǎng)絡結構會存在一定的差異，令牌網(wǎng)、以太網(wǎng)、上層和下層網(wǎng)絡等，在實際硬件配置中，經(jīng)常會因網(wǎng)絡結構導致不同品牌DCS硬件出現(xiàn)較大差異。現(xiàn)舉例日立HIACS-5000M系統(tǒng)、ABB Symphony系統(tǒng)做說明如下：

日立DCS的HIACS-5000M系統(tǒng)是市場上的主推的系統(tǒng)，其控制器R600CH，控制器配置上，控制器采用的是RISC芯片處理器，采用了精簡指令集，內(nèi)部快速指令處理電路，處理速度相當于相同主頻普通芯片的3-4倍，特別適合密集型科學技術處理及工程應用，另采用實時操作系統(tǒng)的PMS，控制器本身不會產(chǎn)生內(nèi)存垃圾，真正實現(xiàn)控制器的高效管理，處理能力強大，負荷率低。可控制點數(shù)相對較多。

在同等條件下，相比較一段網(wǎng)絡，日立三段網(wǎng)絡需在一個的基礎上增加網(wǎng)絡耦合（控制器）、網(wǎng)卡等硬件配置。同時還需要為每套SCR_DCS配置操作員站等。

ABB Symphony系統(tǒng)的結構跟日立系統(tǒng)有樂很大的區(qū)別。其下層為一個環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡C-Net，上層是交換機的操作管理網(wǎng)絡O-Net。每面柜都是控制網(wǎng)絡的一個節(jié)點。系統(tǒng)用于管理和控制模件用的是BRC300，因過程控制的分散性、可靠性的要求，BRC300除采用高性能的工業(yè)級CPU芯片和模件設計法、具有適于過程控制的特殊性能。相對比較成熟。

在同等對象情況下，相比一段網(wǎng)絡，ABB三段網(wǎng)絡要在單環(huán)網(wǎng)基礎上增加至少兩套INIIT13通訊組件等，另增加相應INICT13A通訊節(jié)點以實現(xiàn)網(wǎng)絡服務器冗余。

以上是差別較大的兩個系統(tǒng)，常規(guī)配置的DCS在一段和三段沒有如此大的差別，常規(guī)、GE新華XDPS400E系統(tǒng)、和利時SM、FM系統(tǒng)、國電智深EDPF-NT系統(tǒng)、上海樂華XDC800、西屋OVATION 系統(tǒng)、橫河CENTUM-CS3000系統(tǒng)、歐陸NETWORK6000+系統(tǒng)、FOXBORO I/A Series 系統(tǒng)、FOXBORO A2系統(tǒng)、上海新華 TIS net系統(tǒng) 、SIEMENS PCS7系統(tǒng)等，網(wǎng)絡采用交換機型式，不一樣網(wǎng)絡結構相比增加設備相對較少，調(diào)整起來就比較方便。

3 性能和優(yōu)缺點對比

一段網(wǎng)絡與三段網(wǎng)絡兩種網(wǎng)絡均現(xiàn)階段成熟的配置，均能滿足脫硝控制系統(tǒng)要求，具體優(yōu)缺點比較如下：

3.1 從系統(tǒng)配置和成本來看

煙氣脫硝工程I/O點一般在比較500-600個點左右（單元加公用），如果采用一段網(wǎng)絡，就將所有控制器、工作站等都掛一個主網(wǎng)上，比如系統(tǒng)有多臺工程師站、操作員站可互為備用，都可以做到在線冗余，系統(tǒng)配置優(yōu)化，其中一臺機器發(fā)生故障，就不會影響系統(tǒng)運行。若采用三段網(wǎng)絡，單元機組就要配獨立的工作站等硬件設備。若單元站要對公用系統(tǒng)進行操作，就要增加網(wǎng)絡耦合器的中間環(huán)節(jié)。在相同配置情況下，工作站均無本網(wǎng)絡的冗余配置，只能用其他兩段網(wǎng)絡的工作站的兼顧功能實現(xiàn)，不是真正意義上的在線冗余配置。相對一段網(wǎng)絡硬件配置，三段網(wǎng)絡結構的硬件成本相對要高的多。

3.2 從脫硝工程管理來看

脫硝系統(tǒng)為主機鍋爐及煙道后處理的改造工程，一般工期在主機投運之后，主機機組和脫硝的工程進度是不一樣的，脫硝的DCS就采用三段網(wǎng)絡結構，脫硝與主機的DCS及公用系統(tǒng)一一對應，把脫硝耦合到主機主干網(wǎng)，需要主機停機改造，僅就工程而言，不便于脫硝工程管理。

3.3 從運行維護上看

采用一段網(wǎng)絡結構時，SCR_DCS機柜一般就近布置在SCR平臺上，不利于運行維護，采用三段網(wǎng)絡結構時SCR_DCS機柜一般集中布置在相應機組電子設備間，將脫硝與機組組成一個不可分割的整體，操作員站、工程師站、歷史站均可利舊原有機組DCS設備，減少運行、維護成本。

3.4 從電廠整體規(guī)劃和環(huán)保重視程度來看

按照目前環(huán)保要求及電廠對整個廠區(qū)集中控制的自動化要求出發(fā)，減少電廠組成單元的控制細化分割，全部集中到機組集控室統(tǒng)一監(jiān)控，既提高了系統(tǒng)的自動化程度，又有利于現(xiàn)場運行維護，而且將脫硝視為機組鍋爐不可分割的一個整體，提高到一個同等重要的程度上來，也是電廠對環(huán)保責任歷史使命的一種肯定。

3.5 從未來趨勢看

目前，無旁路脫硝是大勢所趨，煙氣排放指標會越來越嚴格，脫硝運行可靠性和環(huán)保所扮演的角色越來越重要，因此未來新建機組或鍋爐均可能將脫硝納入建設初期統(tǒng)一規(guī)劃，直接投資一次建成，因此，從這個趨勢來看，直接納入機組DCS的三段式網(wǎng)絡結構將成為主流。

4 結束語

綜上所述，結合目前脫硝項目的實際情況，脫硝系統(tǒng)采用一段或三段式網(wǎng)絡結構各有利弊，在不同的應用環(huán)境中采取合適的網(wǎng)絡結構則可以揚長避短，比如在小機組或小鍋爐中采用SNCR工藝時，則可利用一段式網(wǎng)絡結構，布置在公用區(qū)，便于現(xiàn)場工況的集中控制和現(xiàn)場運行維護；當用于大機組SCR工藝時，則更適合采用三段式網(wǎng)絡結構，充分利用原有機組分散控制系統(tǒng)硬件資源功能優(yōu)勢，更大地發(fā)揮機組DCS系統(tǒng)的系統(tǒng)功能，確保電廠在追求高效的同時也確保環(huán)保設備運行的實際有效管理。

參考文獻

[1]日立HIACS5000M系統(tǒng)說明書.

[2]ABB Symphony系統(tǒng)說明書.