火电公司分散控制系统的评估与选型

李 娟 张成林

1、济宁东郊热电厂， 济宁市 272100

2、山东里彦发电有限公司， 济宁市 272100

火电公司分散控制系统的评估与选型

李 娟1张成林2

1、济宁东郊热电厂， 济宁市 272100

2、山东里彦发电有限公司， 济宁市 272100

讨论了火电公司应用中分散控制系统评估的内容和一般准则，并介绍了一种评估和选型的具体方法和步骤，这对火电公司分散控制系统的工程设计以及提高发电效率具有一定的借鉴意义。

分散控制系统；评估矩阵；评估选型

Distributed Control system; Evaluation Matrix; Evaluation Selection;

自从国内火电公司开始应用分散控制系统(DCS)以来，已先后有近二十种型号的DCS应用于不同的工程。由于各制造厂研制的背景和所考虑的应用领域不同，不同型号的在结构和性能上各有千秋，且在技术更新方面，这些系统更新换代也十分迅速。这一方面促进了DCS在火电公司应用水平的提高，另一方面，对用户来讲，如何合理地进行DCS评估选型，已成为火电公司热工自动化设计工作中重要内容之一，且面临着十分繁重的选择形势。由于DCS的评估选型是一种复杂的工作，这不但要求评估者熟悉多种DCS的性能结构，还要掌握这些DCS的实际应用情况，同时，在评估过程中还会受到一些主客观因素的影响，因此，目前并无一种成熟的统一的评价方法[1]。本文通过工程设计过程中应用DCS的实践，结合有关工程的设计，总结归纳了DCS的评估及选型的原则和方法，供设计和选用DCS时参考。

1 分散控制系统评估内容

评估一个DCS涉及的方面较多，如系统的可靠性、功能的先进性、可操作性、厂家的技术服务以及同国内合作单位的配合等，是一个比较复杂的过程。综合起来可以从大的方面考虑几个内容:第一是技术性能，第二是可靠性，第三是使用性能，第四是经济性。

1.1 技术性能

系统的技术性能主要包括现场控制站、人机接口、包括操作员站、工程师站、通讯系统以及软件的综合技术性能指标等。其中现场控制站包括CPU字长、运算速度；结构的分散性，现场配置的灵活性;过程1/0模的种类和最大容量、精度以及抗干扰指标;控制器、1/0 模件、通讯及电源的冗余功能，故障诊断和维护功能。操作员站包括CPU字长，运算速度和内存量，有无触屏或鼠标，专用键盘的功能和可靠性，有无多媒体技术，是否具有汉化功能、人机工程设计是否先进合理、画面种类、数量及调出速度、报警方式及记录能力等。工程师站主要包括除具备操作员站的功能外，还应考虑其组态方式、画面编辑、系统生成使用简便、易于掌握。通信系统包括网络结构、传输速率和距离、实时性、冗余性和可靠性。

1.2 可靠性评估

可靠性评估是DCS应用于火电公司的最重要指标。电力的生产要求连续，机组运行的安全性显得格外重要，必须给予特别注意[2]。评价DCS的可靠性一般基于以下几种准则：一是要使系统本身不易发生故障，即所谓的故障预防，这可用MTBF来衡量。它要求系统采用高度可靠的元器件;二是在系统发生故障时尽可能减少故障所造成的影响，它要求系统具有完善的自诊断功能;三是当系统发生故障时，系统仍可继续运行，这要求系统应有合理的冗余技术；四是当系统发生故障时，可以在不停止系统运行的情况下进行维修，即在线维技术。

1.3 使用性能

使用性指DCS的市场占有率和适用领域，技术的先进性与成熟性如何，先进控制策略的采用等;技术延续性和可借鉴性是指设计、安装、调试人员已有DCS经验的多少，全厂的综合管理考虑，总体培训DCS人数的考虑等。具体到一个省电网范围，则应考虑尽量减少应用的DCS的品种，以便设计、安装、调试、培训运行更为方便、经济；开放性指DCS能否与其他系统相连，共享信息资源;可维护性指在使用DCS中进行系统维护的难易程度，包括故障处理、对人员素质要求，是否带电插拔等。企业信誉包括厂家的售后服务、厂家培训能力、技术支持等。

为了更好地应用DCS，国外主要的DCS生产厂均在中国建立了自己的合作伙伴，由制造商提供硬件和系统软件，国内使用单位负责应用软件[3]。为此，在DCS的工程设计中，评价DCS厂家与国内合作单位的配合及服务问题是个不容忽视的问题。为此应注意以下4个方面：

第一，国内使用单位是否有设计电厂DCS应用软件的经验，对所评价的DCS是否透彻理解并灵活应用。

第二，DCS制造厂与国内合作单位的合作形式，其配合是否良好，这直接关系到产品的价格和以后的售后服务。

第三，合作单位有否组装、测试和维护DCS部件的能力。能否做好备品备件供应和维修工作，是否具有进出口权。

第四，合作单位应用分散控制系统的实绩如何。系统所含功能是否按时圆满实现。是否完成了合同技术条款中所规定的性能指标。用户反应是否良好。

1.4 经济性评估

DCS经济性评价主要指采用DCS后，所需花费与经济效益的评估。花费方面主要考虑两个因素:初始费用（即系统购置费用、培训费等)和运行费用（采用某系统后，一年运期所花费的设备折旧费、维修费等）。经济效益在个中行包括生产过程节能降耗带来的效益、减少运行人员带来的效益等。另外，衡量DCS经济性的指标还可用投资回收年限（即“初始投资”除以“总经济收益减去运行费用”）来表示，值越小，系统投资回收率越高[4]。

应该指出，评价DCS时，不能简单地凭借以上各项指标的高低即能分辨出哪种DCS是最好的系统。在评价DCS时，还必须考虑以下三问题。

一是可靠性与经济性权衡的问题。通常，DCS的高可靠性与其经济性是一对矛盾。要求系统可靠性高，则系统必须要采用先进的技术、优良的元器件以及较大的冗余度，这样系统价格也会相对提高。因此，在选择时，应有所偏重。在电厂控制中，要求万无一失，这样就必须考虑提高系统的冗余度以及现场控制单元的可靠性，虽然成本高，但与事故造成的巨大损失相比还是值得的[5]。

二是系统功能与生产过程相匹配的问题。在评价系统时，除通盘考虑以上四个内容外，还应有所侧重。具体到火电公司控制系统，应首先考虑到机组投产后要长期、连续地运行数十年，从而把选用质量可靠的放在首要位置，这时评价一个DCS就应以可靠性指标为主，一个系统在此方面占有优势，就应初步评价此系统为优。

三是系统的新功能与系统的成熟性的折中问题。由于DCS发展较快，一些新系统、新功能不断涌现。此时用户选择系统时应广泛考虑及调研，选择那些既性能先进，又成熟完善并有应用实绩的系统。

2 分散控制系统的评估方法

在进行了以上内容的评估之后，即可参考以下评估方法以对DCS作出综合评估。这种方法称为“基于加权因素的评估矩阵”方法。

2.1 评估矩阵

在评价DCS之前，首先对具体工程确定一个评估矩阵，见表1。

其中，矩阵中的“加权值”代表评估人员对各项性能指标的重视程度，它应该是安装、运行、管理及调试人员几方面的综合意见。每个厂家的“等级分”则是综合某一项评估内容中的多种包含因素由评估人员给出的。对其中某一项的等级分(1)还可用另一评估矩阵来确定。如计算“合作伙伴及服务”这一项等级分，其评估矩阵见表2。

2.2 评估及选型程序

2.2.1 列出评估矩阵

首先由评估人员根据某一具体工程，初步选定大家认可的可靠性较高，在电厂应用实绩较多的3～4种DCS，然后提出必要的评估内容，然后按以上表格列出评估矩阵。

2.2.2 初评

在评估矩阵确定后，由厂方人员组成的评估人员共同对评估内容进行综合比较、平衡，划分主次，确定各项内容的加权值，填入矩阵当中。

2.2.3 询价及考察

在给出各DCS厂家等级分之前，对初步选定的DCS厂家、包括合作伙伴）及DCS的使用电厂进行调研，然后对DCS厂家进行招标或询价，参考各厂家标书内容整理各项DCS性能指标。

2.2.4 技术谈判

经过调研和询价，随后的工作就是召集DCS厂家进行技术谈判并最终确定公布选型结果。技术谈判是买方和卖方就询价和报价中的各项问题进行讨论，确定DCS的技术规格、供货范围、系统配置、交货日期、国内配套设备、设计联络会、培训、验收、技术服务等项内容。进行技术谈判前，买方要根据卖方提供的技术资料认真研究报价书中的各项内容确认所报DCS配置能否满足实际需要。尤其要对1/0模件的种类及点数、现场控制站及人机接口的功能和备品备件的种类及数量等内容进行认真核对。根据以上工作，拟定谈判提纲。

技术谈判一般可包括如下内容:卖方详细介绍产品技术性能，应用情况，解释与技术规范书的差异，说明对系统配置的考虑等等，从而使买方详细了解报价书中的内容，买方可就报价书中的内容询问甚至修改，并提出有关问题请卖方解释。根据谈判结果，最后重新修改确认厂家的报价书，厂家据此可做第二次报价。

2.2.5 综合评价选型

在综合评价选型阶段，买方根据DCS评估、技术谈判和最终报价，逐项对评估矩阵的内容进行打分，计算DCS厂家的得分，通过比较其分数差别，进行取舍。如果分数差别不大，则再考虑价格及供货周期等因素。最后，经过有关设计安装、调试及管理等专业从员和领导的最后评审，作出一个综合选择结果，选出一个各方面都比较满意的系统。

3 结束语

本文的目的是针对分散控制系统评估及选型介绍一种参考方法。由于每个具体工程都有其特殊性，且在国内电厂应用的几种分散控制系统功能水平相当，均能满足大型火电机组运行监视及控制要求，因此在分散控制系统的设计选型中，应根据本工程的具体情况总结其他实际选型中的经验，在参考本文评估方法的基础上，综合各方人员的意见，最后做选型决策。

表1 DCS工程评估矩阵表

表2 DCS工程评估矩阵表

[1]王常力,廖道文.集散型系统的设计与应用[M].北京:清华大学出版社.1993，35～47

[2]李浩波.集散型控制系统在黄磷电热炉生产中的应用[J].四川有色金属.2001, (04)

[3]和秋鹏,喻寿益.IFIX组态软件在循环流化床锅炉控制系统中的应用[J].安防科技.2006,(06)

[4]汪云祥,安宗权.基于Delphi的DCS组态软件的研究与设计[J].安徽工程科技学院学报.2002,(01)

[5]周勇.DCS在火化工企业中的应用[J].兵工自动化.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，现为济宁东郊热电厂助理工程师，主要从事火力发电控制与技术监测方面的工作；张成林，现为山东里彦发电有限公司助理工程师，主要从事火力发电监控与技术管理方面的工作。