2006-12-20
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楼主 2006/2/6 17:47:53
楼主 2006/2/6 17:48:08
楼主 2006/2/6 18:04:18
国内外电站DCS 系统的现状和发展
文/梁昌鑫 潘轶华 平帆
摘要：本文主要介绍了国内外电站DCS 控制系统的发展状况、各品牌DCS 的系统架构和在中国的市场份额，并且参照三菱重工等跨国企业集团的发展模式阐述了国内大型电站设备制造商发展自己独立控制系统的必要性和可行性。
一、概述
国民经济的快速发展和其它行业的技术进步迫切要求信息化在工业方面得到广泛的应用，特别是需要新技术改造传统产业，因此工业自动化技术得以很快发展，利用工业自动化技术改造传统产业和产业结构，提高自动化、智能化、信息化水平，增强企业竞争能力，是一项非常迫切的任务。
随着工业自动化技术的迅速发展，综合自动化控制系统的水平在不断提高；从单机控制发展到分布式控制系统（DCS），随着可编程控制器（PLC）性能不断完善，在DCS 中得到了广泛的应用。近期又发展了新的全开放、全分散、可操作的系统——现场总线控制系统（FCS），已开始应用于DCS 的过程控制层。我们为了让企业更快了解国内外最新的分布式控制系统、产品和发展趋势，以便企业更好地去应用分布式控制系统，提高企业信息化水平，增强企业的竞争能力。
DCS 尽管各有特色，其结构却大同小异，如图1 所示，从下到上分为过程控制层、过程监控层、生产管理层和决策管理层。
图1
通过DCS 在企业的应用，使资源能充分利用，能耗大大下降，生产效率大大提高，从而使企业的竞争力有大大提升，也就达到了信息化带动工业化的目的。随着企业大量的广泛应用DCS，也实现了工业化促进信息化的发展。世界各国主要制造商已将DCS 形成功能齐全、配置灵活的系列产品。分析各制造商其系统结构和功能可归纳以下五个特点：
（1）硬件积木化
（2）软件模块化
（3）控制组态化
（4）通信网络化
（5）高可靠性
二、市场预测
国际著名ARC 咨询机构于2003 年发布了世界DCS 市场预测报告。该报告预测世界DCS 市场从2002 年至2007 年将保持年增长率2.5％，市场销售额从2003 年的91 亿美元将增长到2007 年的103 亿美元。世界DCS 的增长速度之所以不高，主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所造成。
ARC 咨询机构又在一篇题为“分布式控制系统在中国的前景”的研究报告中指出，2003 年，中国DCS 市场的规模为45 亿元，到2008 年将增加到90 亿元，如图2 所示。也就是说中国DCS 市场的年增长率预计将维持在15.1%。
图2
又据国内调查机构的报告，到2001 年电站应用DCS 的数量已经超过石化和化工成为DCS 最大的用户，每年占据这个市场总额的34.9%（不含核电和热电系统），如图3 所示。由于DCS 作为与电子和计算机技术结合最紧密的系统，他的生命周期取决于电子设备的制造寿命和信息技术的发展速度，目前在运行的电站DCS 设备平均寿命为6-8 年，而电站设备平均设计寿命为30-40 年，由此判断这个市场仅更新改造一项就有着广阔的发展空间。
图3
随着中国经济的发展，国家在新建项目和旧厂改造方面投入了大量资金，形成了较大的市场，因此全球的DCS 厂商几乎都来到中国，加速了这个领域的竞争。
ARC 同时指出，在中国，DCS 在能源方面的应用将继续占很大比重，DCS 厂商在中国的商机在增加。然而目前他们也面临许多挑战，全球的DCS 厂商首先面临中国厂商的竞争。为了降低成本，这些国外厂商带来了开放的标准体系以及通用的控制器件，这使得国内的DCS 厂商能够跳过控制技术的发展初期阶段，直接采用成熟的和开放的技术，通过本地化、专业化和产业化以更强的服务能力、更有竞争力的价格参与到DCS 的竞争之中。尽管目前国内和国外厂商针对的DCS 市场界线还比较分明，但这并不是绝对的，随着国内技术的发展、人才的培养、经验的积累这个界线势必然变得模糊和淡化，国内厂家在DCS 领域的潜质将进一步得到发挥。正是国内这种需求和对DCS 设备更加专业化的分工，使国内厂商感到有信心也有能力开拓这个领域。三、国内外主要制造商目前世界上主要制造商有Foxboro（美）、SIEMENS（德）、ABB（瑞士）、Emerson（美）、HITACH（日）、LEEDS &NORTHRMP（美）、Honewell（美）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、等。在国内DCS 厂家中，最大的供货商依次为：浙大中控、合利时、上海新华、上仪、四联、威盛等。在应用DCS 的过程中，我国科研技术人员在消化吸收国外技术的同时，自主创新我国自己的DCS，经过多年努力，他们都已经取得可喜的成果，如新华控制工程公司的XDPS-400、北京和利时的FOCS 和国电智深公司的EDPF-NT，华能信息产业公司的PINECONTROL，都已在多个电厂试验应用的基础上，经过改造提高后、达到或接近国外厂家同类的DCS 水平，并已在200、300WM 机组改造或新建工程中得到广泛应用，受到电厂的欢迎和好评，且其价格低于国外成套进口的设备。
四、DCS 的发展
随着信息技术的发展，DCS 的应用也越来越广泛，企业对DCS 提出了许多新的要求，为此世界各国DCS 厂商纷纷加强开发研究DCS 系统的技术水平。近期，Foxboro 公司的I/A Series 系统，如图4 所示、ABB 公司的 Industrial IT系统，如图5 所示、Honeywell 公司最新推出的Experion PKS（过程知识系统）、Siemens 公司的PCS7 系统，如图6 所示、Emerson 公司的PlantWeb (Emerson Process Management)这标志着新一代DCS 已经形成，也就是第四代DCS。
图4
图5
图6
最近我们分析了日本三菱重工株式会社DCS 发展的历史。三菱重工电站设备配套DCS 开发的历史，如图7 所示。
图7
三菱重工是在对电站设备工艺系统设计和制造已经趋于成熟后才进入控制领域的。从它的发展历程可以看出，他最初也是集成美国Bailey 公司的820 系统和L&N 的控制系统，自1975 年开始研制自己的电站DCS 设备，开发历尽20多年，目前已经是第五代产品。
从图8 中我们可以知道，三菱重工的已生产了2351 套DCS 系统。
图8
在三菱重工电站DCS 研发过程中，回避了三菱重工硬件设备产能不足和开发成本过高的缺陷，抓住核心的控制软件技术和自身工艺设备制造商的优势，以提高整体设备运行的可靠性和协调性为出发点，大量采用开放技术和第三方可靠硬件，将它们按照自己的DCS 设备需求来设计，有机的组合在一起，并且开发了具有针对现场控制设备、测量设备和专用安全防护设备，从而有效的提高了控制安全等级和控制精度。在图8 中，我们可以看到贯穿始终的是DIASYS IDOL 组态语言，而变化的则是随着电子工业进步，不断升级和发展的计算机设备、控制方式、针对客户需求调整的控制策略。
图9 是三菱重工DIASYS NETMATION 的基本架构，简洁的系统配置、稳定的网络通讯、强大的处理能力和丰富的软件功能是这套系统最大的特点。
图9
开放性还体现在不同的层面，例如：DIASYS 的组态软件就是借鉴微软公司的MS VISIO，这是MS Office 办公自动化套装软件之一。利用这个平台开发的组态工具，具有与主流操作系统良好的兼容性，与MS Office 可以任意嵌入和链接，很好的解决了报表处理、统计计算、数据分析等功能的嵌入。此外，由于MS VISIO 是独立于DIASYS 系统而提供升级服务的软件，因此在微软推出了新版本的VISIO 的同时，也就意味着DIASYS 的组态软件自动升级。如图10 所示：
图10
从传统的工艺设备制造商到过程控制系统的供应商是一个飞跃。从ABB、西屋、三菱重工、西门子、GE、阿尔斯通、日立等跨国企业的成长历程可以看出，它们本身都是集电站设备制造、控制系统制造、集成于一身的大型综合性企业集团。这些集团的电站控制系统都是用于增强其工程实施能力和产品附加值的有力保证，很多企业都将成功控制对手的工艺设备看作企业的一种综合实力的体现。另外很重要的一点，能够独立进行控制系统配套对于这些企业还兼具着保护工艺系统知识产权的重任。因此，像上海电气这样的国内综合性企业集团应当发展和拥有自己独立的控制系统，不仅使得在承接国际、国内的电站工程总承包方面更具竞争力，综合工程能力得到提升，还可以为用户提供运行品质更优良、系统特点更突出的电站成套设备。
楼主 2006/2/6 18:20:07
谢谢
楼主 2006/2/6 19:06:25
祝你明天的事情能一切顺利！！
