脫硝DCS網絡結構比較

摘 要：DCS系統在電力行業應用廣泛，因DCS在電廠機組控制系統中主要采用單元機組和公用系統分開的三段式網絡結構，功能完善、性能穩定。所以在行業內一直存在著對脫硝DCS控制系統網絡結構優越性的爭論，但由于DCS系統網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，現根據脫硝不同工藝的項目實際應用，結合電力行業常用DCS的特點做以下比較說明，以便在實踐中根據實際情況靈活運用，發揮控制系統的最佳性能，達到經濟實用、穩定可靠的目的。

關鍵詞：煙氣脫硝；SCR_DCS；網絡結構；以太網

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，約產生5～30kg氮氧化物?；痣姀S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。為了改善大氣環境質量，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， 因此火力發電廠煙氣脫硝控制系統的運行可靠性和系統可利用率等將倍受關注。脫硝DCS網絡結構設計規劃將成為設計審查中的一個重要環節。

2 網絡結構說明

脫硝DCS控制系統（以下簡稱SCR_DCS）網絡結構，一般常規可設計二種方式：一個整體網絡或者三個獨立的網絡。下面根據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網絡結構雷同）

從網絡結構上看，一段網絡是將兩臺機組脫硝及脫硝公用系統做成一套DCS整體網絡，脫硝公用系統以遠程I/O及形式納入機組公共用系統，來實現對SCR_DCS的控制和監視。

三段網絡是將單元機組脫硝和脫硝公用系統分開設置，各做一套DCS網絡，脫硝公用系統會以遠程I/O形式納入機組公共用系統，三段網絡間的通訊連接，實現對SCR_DCS的控制和監視。

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

日立DCS的HIACS-5000M系統是市場上的主推的系統，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的PMS，控制器本身不會產生內存垃圾，真正實現控制器的高效管理，處理能力強大，負荷率低?？煽刂泣c數相對較多。

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

ABB Symphony系統的結構跟日立系統有樂很大的區別。其下層為一個環網網絡C-Net，上層是交換機的操作管理網絡O-Net。每面柜都是控制網絡的一個節點。系統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，相比一段網絡，ABB三段網絡要在單環網基礎上增加至少兩套INIIT13通訊組件等，另增加相應INICT13A通訊節點以實現網絡服務器冗余。

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

3 性能和優缺點對比

一段網絡與三段網絡兩種網絡均現階段成熟的配置，均能滿足脫硝控制系統要求，具體優缺點比較如下：

3.1 從系統配置和成本來看

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），如果采用一段網絡，就將所有控制器、工作站等都掛一個主網上，比如系統有多臺工程師站、操作員站可互為備用，都可以做到在線冗余，系統配置優化，其中一臺機器發生故障，就不會影響系統運行。若采用三段網絡，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進行操作，就要增加網絡耦合器的中間環節。在相同配置情況下，工作站均無本網絡的冗余配置，只能用其他兩段網絡的工作站的兼顧功能實現，不是真正意義上的在線冗余配置。相對一段網絡硬件配置，三段網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就采用三段網絡結構，脫硝與主機的DCS及公用系統一一對應，把脫硝耦合到主機主干網，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 從電廠整體規劃和環保重視程度來看

按照目前環保要求及電廠對整個廠區集中控制的自動化要求出發，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一監控，既提高了系統的自動化程度，又有利于現場運行維護，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一規劃，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，脫硝系統采用一段或三段式網絡結構各有利弊，在不同的應用環境中采取合適的網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，則可利用一段式網絡結構，布置在公用區，便于現場工況的集中控制和現場運行維護；當用于大機組SCR工藝時，則更適合采用三段式網絡結構，充分利用原有機組分散控制系統硬件資源功能優勢，更大地發揮機組DCS系統的系統功能，確保電廠在追求高效的同時也確保環保設備運行的實際有效管理。

參考文獻

[1]日立HIACS5000M系統說明書.

[2]ABB Symphony系統說明書.