DEH系统调研报告.docx

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DEH系统调研报告

DEH系统调研报告

一、汽轮机控制系统发展历史

汽轮机控制发展的历程：

机械液压式调速系统、全液压式调速系统、模拟式电液调速系统、电液并存操作系统以及发展到现在普遍采用的数字式电液调速系统DEH。

特别是4C（计算机技术、网络技术、通讯技术、控制技术）技术的发展，实现了汽轮机控制系统的自动化.目前，数字式电液调速系统DEH已成为汽轮机组,特别是150MW以上机组控制系统的主流。

二、阳城电厂汽轮机控制系统现状

目前阳城电厂拟建2*150MW汽轮机组,采用DEH与DCS配套的控制系统。

由于控制系统未设计，目前还处于设备调研阶段。

为了实现机、电、炉控制的一体化，减少不同系统之间的通讯问题，提高系统的可靠性,我们主张采用DCS和DEH一体化结构。

（一）采用一体化结构有两种配置方式：

1、汽轮机厂家购买DCS厂家的DEH控制部分，自己根据汽轮机特性进行组态和技术参数设定。

2、由汽轮机厂家配合，DCS厂家对汽轮机厂的家DEH控制系统进行组态和相关技术参数设定.第一种方案更好一些，因为汽轮机厂家更了解自己的汽轮机特性、运行方式和技术特点，能够进行最优组态和设置最佳运行方式.第二种方案就要增加两者之间的协调,有可能协调不充分造生遗漏.

（二）实现DCS和DEH一体化的优点在于：

1、信息和资源的共享，受控范围内的DCS各子系统（包括DEH）均有同一种DCS系统硬件一体化构成,所有子系统均挂在同一实事数据高速公路上，子系统之间不需要网关，可直接共享数据库的信息和资源。

2、所有分布式处理单元均有相同的控制器构成，都具有相同的数据采集、回路控制和逻辑控制等功能,具有相同的通信方式,确保以太网上通信方式一致.3、DCS系统的所有操作员站具有完整的监控功能，各操作员站有相同的硬件配置和软件平台，任何一个操作员站上均可进行。

诸如锅炉点火、汽轮机冲转、发电机同期并网等操作。

4、DCS系统的所有工程师站可以对系统内各子系统进行组态和调试，采用相同组态工具和算法库，可以实现所有子系统的应用功能组态。

减少工程师站的布置。

5、提供OPC、API、DDE接口，能够进行无缝连接。

三、DEH系统控制功能及控制策略、自动调节系统功能

（一）自动调节系统功能、1、升速控制.根据机组热状态，可控制机组按经验程序曲线完成冲转、自动升速、摩擦检查、过临界转速区、暖机，直到3000r/min。

2、同期并网。

可与自动准同期装置AGC配合，将机组转速调整到电网同步转速,以便迅速完成并网操作.在同期网带初负荷后，机组改为阀位或负荷闭环控制，机组将依据阀位指令或负荷指令通过DEH 控制系统自动控制机组升降负荷一满足电网的要求。

3、阀控方式。

运行人员通过CRT设置目标阀位或按增、减按钮改变总阀位给定值，来调整机组负荷。

4、功控方式。

根据运行人员设置的目标负荷和负荷变化率自动调整机组负荷.5、压控方式.根据司机设置的目标主汽压力，自动调整主汽压力.6、一次调频。

速度不等率在3％～6％内连续可调。

功控、阀控均具有一次调频能力。

（二）限制控制功能、1、超速限制。

转速超过3090r/min时,关调门。

当转速小于3060r/min时，控制系统恢复正常；油系统跳闸时，目标转速给定等于3000r/min，调门在OPC电磁阀控制下立即关2s后控制恢复正常。

2、阀位控制。

总阀位给定应小于阀位限制值。

当阀位限制值变小后，总阀位给定以6%/min的速率减到此限制值。

此外，还有高负荷限制、主汽压力低限制、快卸负荷、低真空负荷限制。

（三）保护控制功能1、紧急手动机组在并网运行工况下，DEH装置出现需要停机处理的故障时,控制装置可以自动将自动控制转为紧急手动控制状态，运行人员可通过硬操盘的调门增、减按钮，直接通过伺服模块控制调门开度.在升速工况出故障时，自动停机，不能投紧急手动。

2、系统状态监视在CRT上设置有故障报警光字牌，可方便地查到报警项。

打开、跳闸、快关等重要信号具有SOE功能，事件分辨率为1ms。

次外，保护控制功能还有超速保护、机械超速保护、电气超速保护等.

（四）实验系统功能假并网试验、超速试验、阀门活动试验、阀门严密性试验、高压遮断模块 试验、OPC快关门试验、离线仿真试验等。

控制系统系统比较分析。

四、各厂家DEH控制系统比较分析

目前汽轮机招标已基本完成，还没有具体选择那家主机。

在DEH中，EH是机械液压部分，重要的控制部分布置在电子间内，其装置和DCS系统一样。

这次针对其技术特点、可靠性展开调研，汽轮机转速控制范围及精度、负荷控制精度、速度不等率、系统迟缓率、平均无故障运行时间等属于汽轮机的范畴，DEH系统厂家能够提供符合汽轮机可靠运行的技术要求.国内电厂汽轮机DEH 控制系统主要是:

FOXBORO、西屋控制、ABB、GE新华、和利时、国电智深6家.其中3家国外系统占的份额比较大一些，并且是目前最先进的第4代DCS产品。

这六家系统占国内汽轮机DEH控制系统的90％.

（一）FOXBORO，1、中美合资上海.福克斯波罗有限公司成立于1983年4月。

1987年，Series在I/A系统推向中国市场，至今已销售了230多套。

先后经过I/ASeries5.0、I/ASeries7。

0和I/ASeries8.0技术升级。

95年在上海建立了生产线，实现了国产。

为哈汽、上汽、东汽、北重、武汽、杭汽等主机厂提供DEH产品。

技术特点和可靠性2、FOXBORO技术特点和可靠性

（1）I/ASeries软件是建立在开放系统互联模型（OSI）上的以对象为基础的通讯结构，允许将功能和计算能力分散在广阔的地理区域内，提供了与不同系统的联网能力.FOXBORO系统硬件独立于应用软件,这样就可以允许硬件的升级不会使原有的应用软件失效.支持UNIX与WindowsXP操作系统的。

在软件开发环境上可采用多种计算机高级语言,包括FORTRAN和C语言；SQL关系型数据库和Informix、Lotus1-2—3d等商用软件，提供OPC、API和DDE等接口，以及与SAP、PI等数据库的接口。

建立于OSI模型上，符合IEEE802.3、IEEE1118、Ethernet等网络协议。

（2）所有组件均可无扰动地在线更换，无需更换电源，无需采用防静电措施。

I/ASeries在线修改控制组态和应用程序，不会对系统产生任何扰动,可以在线增加FBM卡件，无需系统停机。

通讯中采用目标管理程序，增加了通讯的准确性；每个FBM模块信道都具有单独的A/D和D/A转换器,并且全部为单通道变压器耦合和光电双重隔离，采用限流电路防止现场短路故障。

（3）I/ASeries系统全部采用CMOS组件,降低了功耗和发热，金属传导散热和SMT技术减少了电路尺寸，使组件的工作温度能达到70℃；所有组件具有在线离线自诊断,可进行报警提示、打印、组件状态灯显示，专用的维护操作软件还可以分析故障位置到每个I/O通道，并对故障进行隔离，无需人工判断。

（4）容错控制器和I/O组件，控制器采用比冗余更可靠的容错技术,确保每次输出都是正确的；驱动级的控制逻辑可驻留并运行在I/O组件内，这种配置确保当两个容错的控制器同时发生故障时，驻留在FBM内的控制算法能自动地切换至保持状态，使现场执行机构处于安全的位置。

3、其它电厂反应情况镇江发电有限公司三期机组都是用的I/ASeries系统，并且我参与了三期2×600MW两台机组从开始安装到满负荷168小时运行的整个调试过程，对系统比较熟悉，没有出现过通讯阻塞和通讯离线的情况，运行很稳定,也没有出现过更换模块 或模块处理精度不够等问题。

系统采用IACC、FoxView等组态工具，组态比OVATION复杂（我在江苏利港电厂做过一段时间工程，组态软件是AUTOCAD）.一期二期整套系统也都是I/ASeries，据该厂专工介绍，卡件质量和软件配置都很好，年投产，97到目前只进行过一次软件升级，换过5块I/O模块.DEH系统运行很稳定，没有因DEH系统问题影响到机组的运行，可靠性高.邹县电厂一期二期DEH系统是I/ASeries系统,运行情况和镇江发电有限公司相似。

但都反应特殊模块较多，不利于选择,同时增加备品的储量。

（二）西屋简介1。

上海西屋控制系统有限公司成立于1994年12月，公司建有系统演示中心、培训中心和备件中心.早期推出的是WDPF系统，1997年推出OVATION系统至今。

1998年被艾默生收购成立艾默生过程控制有限公司公用事业部.为哈汽、东汽、北重、武汽等主机厂提供DEH产品。

2、西屋技术特点和可靠性分析西屋技术特点和可靠性分析和可靠性

（1）西屋OVATION系统具有多任务、数据采集、潜在控制能力和开放式网络设计，组成了完善的控制系统。

采用对当前最新的分布式全局型、重要的相关数据库作瞬态和通明的访问来执行控制回路的操作。

这种数据库访问允许把功能分配到许多独立的站点,每个站点并行运行,这就是它能集中在指定的功能上不间断的运行,无论同时发生任何其他事件，系统的性能都不会受到任何影响.

（2）系统简化硬件和软件设计，去除了特殊模块的许多种I/O模块，减少了备件库存费用。

采用大家熟悉的AutoCAD、Applix、Oracle等软件，便于系统操作、组态和维护。

硬件简化延长了故障间隔时间，在I/O模块中去除了铝电解电容器,因为这种电容器具有高故障率和有限的生命。

OVATION内部采用了闪存结构,为重要信息提供了安全贮存场所，消除了带后备电池的麻烦。

ABB的Industrial系统和FOXBORO的I/ASeries系统的非遗失存储器都采用了电池后备.怕系统失电导致组态、指令等重要数据的丢失。

ETS系统控制用的是PLC，OVATION系统可以和AB公司的PLC硬件和软件直接地、实事地集成在一起,能够进行无缝连接.（3）控制系统所有站点都是双重连接到每个数据网络，这样就能够提供四重冗余，并且OVATION 控制器能够配成具有多项冗余性能，包括双重的处理器插板、电源和通讯联结，所有可能发生的意外故障，均能够启动自动无扰切换功能。

系统自诊断功能，嵌入式的容错和诊断程序使OVATION的维修量保持在最低水平，诊断出的问题可以通过颜色指示灯、音响报警和迅速显示状态画面来显示。

所有重要的控制、运算和数据管理各项操作都提供备用部件或者提供独立的备用通道,系统内固有的分隔性能可以防止在此级别上出现的单点故障对连续运行造成严重的冲击。

3、其它电厂反应情况江苏利港电厂三期是机炉一体化的，＃5机组DEH系统在05年11月开始使用，没有出现过通讯故障及卡件的损坏情况，运行稳定，组态容易，视觉感受好.内蒙古托克托电厂在启动循泵时，然后马上出现停泵的情况，是由于循环水泵房没有设置远程I/O柜，离集控室电子间比较远，硬接线过长后，I/O 模块本身温度补偿达不到更高的精度，从而造成循环水泵轴承温度、线圈温度过高，无法进行正常启动。

其它稳定性方面都很好.

（三）ABB1、北京ABB贝利控制有限公司成立于1999年,ABB集团在中国公用事业信息管是理和自动化领域中过程控制系统供货商和技术中心。

1989年由北京自动化研究院与原ElsagBailey共同投资建立北京贝利控制有限公司,1999年被ABB收购。

十多年来，不断引进原Bailey公司和ABB公司最新的DCS系统。

经历了NETWORK90、INFI90、INFI90OPEN、SYMPHONY、IndustrialSymphony等技术升级。

为哈汽、上汽、东汽、北重、等主机厂提供DEH产品。

技术特点和可靠性和可靠性分析2、ABB技术特点和可靠性分析

（1）ABB的Industrial系统有强大的带负载能力、丰富的控制软件、方便的设计及维护工具、开放的通讯系统，及显示、操作、记录、管理集中的特点。

Composer为该系统提供了一整套完成工程设计和组态的工具软件.它在NT的环境下运行。

Composer基本软件包包括开发和维护控制所必需的组态功能，可以用图形开发控制系统方案，建立并维护整个系统的数据库，管理可重复使用的用户图形库等.用户界面友好，易于掌捂.使用公共的系统数据库，减少了组态数据的多次输入，使许多需要重复输入的组态工作能自动完成.该系统具有DEH专用模块.

（2）控制器物理位置分散、控制功能分散、系统功能分散,在模件级，这种分散是通过硬件实现的，即特定的模件执行特定的功能，并独立于其它的硬件,即使失去功能也不影响系统的其它部分。

在系统级，分散是通过硬件配置来实现的，硬件配置通常按子系统来划分,子系统故障不会造成整个系统的故障。

（3）控制网络通讯的高速通道、局部结点内的控制通道、控制处理器模件及其电源、I/O模块电源都是冗余设计.能对控制网络通讯、只读存储器ROM、可读写存储器RAM、带后备电池的可读写存储器NVRAM、中央处理器CPU、控制通道、I/O等进行故障诊断。

I/O模块电路板是裸露的，防灰尘、防静电差一些。

3、其它电厂反应情况黄岛电厂整套系统都是ABB的Industrial系统,二期是FOXBORO系统，据该厂专工介绍,两套系统稳定性差不多，可靠性都很高，但组态是模件化形式,直接上套，比FOXBORO系统容易。

它的Composer软件工具性能强，熟悉这一门语言就可以进行界面、报表、控制的所有组态.但这套系统卡件是裸露的，防灰尘性能差一些，时间长了担心静电干扰,影响稳定。

据常州戚墅堰电厂燃气工程、山西漳山电厂、贵州安顺电厂二期业主反映，运行几年了，到目前一直很可靠.运行不稳定大都有就地设备引起的，和DEH系统无关.

（四）新华1、新华控制成立于1996年，新华控制在其DDC 系统、DAS300、和DEH-Ⅲ的基础上正式推出了XDPS—400分散控制系统.2000年推出了高可靠性和可用率的XDPS-400+系统,2004年底,新华控制成功推出了采用V6.0版本的XDPS—400+系统.2005年3月被GE能源收购。

新华控制被GE收购后,现在研发GE的DCS（包括DEH）控制技术，价格比XDPS-400+高。

从别的控制厂家了解到，目前新华把主要技术人员、精力放在GE能源的技术上,而投在新华控制XDPS-400+系统上的人力、物力减少了，参与投标我们阳城电厂 2×150MW机组用的是XDPS—400+。

我想结果会产生技术服务及技术升级和人员少的矛盾。

为哈汽、东汽、北重、武汽、南汽等主机厂提供DEH产品。

2、新华控制技术特点和可靠性分析：

技术特点

（1）1996年，新华控制该系统吸取了多家国外DCS产品的优点，推出了XDPS-400分散控制系统，并具有虚拟DPU、免编译图形组态等多项独特的技术特点。

在此基础上新华控制在2000年推出了高可靠性和可用率的XDPS—400+系统，该系统的主干实时网络采用了冗余容错的交换式环形以太网,在现场设备层和过程控制层之间率先采用了工业以太网技术，从而使XDPS-400+成为采用全以太网结构的系统平台。

2004年底,新华控制推出了采用V6.0版本的XDPS—400+系统，其最大特点是在过程控制单元引入了WindowsCE.NET实时多任务操作系统，满足了系统低延迟性能,使DPU的组态响应指标提高，并为用户提供了从现场控制到厂级管理一体化的监控信息平台。

（2）系统非崩溃/自愈性设计，使得常规的抗干扰仅会引起若干进程中的一个被破坏，并可通过系统运行的监控进程对其修复,不会出现运行程序产生异常、出错、跑飞、死循环，造成系统崩溃。

（3）采用工业以太网技术及全双工通讯技术,避免碰撞/冲突；采用流量控制技术是网络实时性能得到提高，但降低了通讯速度；实行分级数据通讯，强调了短的通讯时间。

3、其它电厂反应情况：

山东德州热电厂、茌平电厂、黄岛电厂一期、里彦电厂的DEH和汽轮机都是配套的,据他们讲：

把通讯接口处理交给DCS厂家，DEH厂家提供相关参数,并且只是参与接口工作，主要有DCS厂家处理，避免出现都想做，又怕别人做不好的事情。

山东茌平电厂出现过和利时DCS系统和汽轮机新华DEH 控制系统之间的接口纠纷，彼此很难协调。

新华的DEH系统基本上运行稳定，没有出现过大的通讯问题,需要个别更换I/O 模块。

浙江镇海发电厂DEH 系统出现过通讯离线的问题，是由控制器 引起的;软件质量不是太好,需要经常对其维护和升级。

但都集中反映新华控制系统是目前国内系统最好的.

（五）和利时1、和利时简介北京和利时系统工程股份有限公司是在北京市中关村科技园区注册的高科技企业，与原西屋WDPF技术合作，开发一系列可靠、先进、实用、经济的DCS平台—HOLLIAS。

在有关专家加盟下,成功开发了适合与300MW以下的汽轮机电液调节系统HOLLIAS-DEH，同时为哈汽、上汽、东汽、北重、武汽、南汽等主机厂提供DEH产品。

2、和利时技术特点和可靠性分析和利时技术特点和可靠性分析：

（1）标准的C/S结构，双冗余的系统服务器将用来存储系统所有的实时数据、历史数据、操作记录、事件记录、日志记录等。

支持OPC数据处理。

主控单元具有低功耗，采用微内核高可靠实时操作系统，每个信道上一个A/D转换器。

每路信号在接口处都增加了多重过压和过流保护措施，使得各板在大信号干扰下不损坏。

控制站采用QNX软件.很多电厂反应这套软件对系统稳定性差。

（2）和利时系统原是西屋已淘汰的WDPF系统，然后自己通过技术改造发展成现在的MACS系统。

在线组态或进行程序修改的时候，不能够直接下载到控制器，而是通过中间服务器一个过程，一旦服务器死机或出现病毒感染，这势必造成程序无法下载到控制器.3、其它电厂反应情况山东茌平电厂一期三期用的是和利时DEH系统，整套系统不是太稳定，二期出现过服务器死机的现象，经常需要和利时厂家来处理。

浙江德能电厂出现过两次死机,该厂专工说有的电厂死机次数更多；在线下装，有的时候出现死机现象,最好在停机的时候进行程序下装。

售后服务好，基本上能在最短的时间内给解决。

（六）国电智深1、北京国电智深控制技术有限公司是由国电科技环保集团有限公司和中国电力科学研究院共同投资，在原“中国电力科学研究院电厂自动化研究所”和“国电龙源电力技术工程有限责任公司"的基础上组建的高新技术企业,专门从事电厂自动化系统的研制开发与电厂自动化工程的设计与技术服务，先后自助开发了HN—3000和EDPF-1000计算机监视系统、EDPF-2000、EDPF-3000、EDPF—NT和GD99分散控制系统.为哈汽、上汽、东汽、北重、武汽、南汽等主机厂提供DEH产品.2、国电智深技术特点:

（1）国电智深EDPF-NT 系统也是在原西屋淘汰的WDPF系统上发展起来的,经过了技术改造和技术升级。

这套系统热电偶不是补偿在I/O 模块的处理器内，而是补偿在控制器内，控制器有两个CPU，负责通讯和数据处理，互为冗余.把热电偶拿到控制器处理后,势必增加CPU的负担。

通常I/O模块内有一个CPU处理器,通讯占用很少，主要负责D/I转换,及其线形补偿，包括热电偶补偿.软件不能够进行在线升级.

（2）在可靠性上，电源、网络、控制器、一些I/O点冗余配置；I/O模块和控制器间、I/O通道之间、I/O通道和现场信号之间进行隔离.3、其它电厂反应情况：

江苏盐城发电厂1＃、2#机组DEH系统是国电智深，DCS是I/ASeries系统,2004年10月份投产，DEH系统第一年运行比较好，然后就莫名奇妙地出现些问题，由厂家来解决的，到目前基本上运行稳定,但I/O模块质量差,换了有十多块了，需要不时的对系统软件和组态软件进行维护.相比较I/ASeries系统就好多了,一年内很少对其维护。

五、结论：

1、据业主集中反映国内的系统组态比较容易、易掌捂、操作方便、直观性强、培训周期短且售后服务比较好等优点,但运行稳定性差，通讯容易出故障等问题。

而国外系统运行稳定性高、产品质量可靠、几乎不用维护，但价格稍微高一些。

2、对各个系统的比较，西屋的OVATION系统排在第一名、FOXBORO的I/ASeries排在第二名、ABB的Industrial系统派在第三名、新华控制为第四名、国电智深排在第五名，和利时排在第六名。

六、我们阳城电厂汽轮机DEH 控制系统技术要求

（一）I/O 模块级、1、I/O模块单通道变压器耦合和光电双重隔离，通道和现场信号进行隔离，通道间耐交流500V以上、直流220V以上电压击穿。

2、每一个通道都有单独的A/D、D/A转换器，对温度输入信号都有不平衡电桥进行温度补偿，温度补偿要在I/O模块的处理器内进行。

对模拟量和数字量能够进行线性补偿。

输入信号能够防抖动滤波处理。

3、驱动级的控制逻辑可驻留并运行在I/O组件内,这种配置确保当两个容错的控制器同时发生故障时,驻留在模块内的控制算法能自动地切换至保持状态，使现场执行机构处于安全的位置.4、采用通用型模块，最好模拟量8通道、数字量16通道，少用特殊模块,减少模块备品与备量。

热电偶输入模块，模数转换精度为满量程的±0.1％或0.1°F。

5、无论是4~20mA输出还是脉冲信号输出，都应有过负荷保护措施.在整个运行环境温度范围内,DEH精确度应满足如下要求：

模拟量输入信号（高电平）±0。

1％受6600个脉冲。

6、尽量采用CMOS等低功耗元器件,降低散热量.在-20℃～70℃之间能够工作稳定。

7、模拟量最快处理周期不高于100MS，数字量不高于50MS。

事件顺序记录SOE分辨率不大于1MS.8、所有模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次，所有数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次以上。

为满足某些需要快速处理的控制回路要求,其模拟量输入信号应达到每秒扫描8次以上，数字量输入信号应达到每秒扫描20次以上9、每个I/O 模块提供两路独立电源，模块本身需要的电源和现场设备的电源应严格分开。

任一路电源故障都应报警,二路冗余电源应通过二极管切换回路耦合。

10、所有输入输出模件应能抗共模干扰电压500V,继电器输出能抗共模电压350V。

11、系统应有90分贝的共模抑制比，60分贝的差模抑制比（50赫兹）、控制器级.

（二）控制器级1、控制器要冗余配置，控制器内要最少一对CPU,CPU主频最少工作在100MHZ以上，内存最少128M，非易失存储器最少32M.处理器模件若使用随机存取存储器（RAM），则应有电池作数据存储的后备电源。

2、控制器采用CMOS等低功耗元器件。

每秒可以监测10000功能块以上。

3、能够实现常规的连续控制、梯形逻辑控制、顺序控制以及批量处理等功能,也可实现数据采集、检测、报警和传送信息的功能.从事过程控制、运算、I/O管理、过程接口和组态调整等任务.4、控制器最快的功能块处理周期不大于100MS,其它组态的控制周期可以0。

1、0。