DEH系统调研报告.docx

1、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

2、， 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，

3、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

4、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

5、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 36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，

6、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

7、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

8、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/A Series5.0、 I/A Series7。0 和 I/A Series8.0 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/A Series 软件是建立在开放系统

9、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 Windows XP 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、 Lotus1-23d 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

10、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/A Series 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/A Series 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，

11、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/A Series 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

12、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/A Series，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/A Series 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

13、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

14、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/A Series 系统的非遗失存储器都采

15、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

16、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）ABB 1、北京 ABB 贝利控制有限公司成立于 19

17、99 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 Elsag Bailey 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、INFI90 OPEN、SYMPHONY、Industrial Symphony 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

18、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

19、，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 FOXBO

20、RO 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-的基础上正式推出了 XDPS400 分散控制系统.20

21、00 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 XDPS400+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2150MW 机组用的是 XDPS400+。 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。

22、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 XDPS400+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 XDPS400+系统， 其最大特点是在过程 控制单元引入了 Windows C

23、E.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

24、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

25、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 300 MW 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

26、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

27、，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 HN3000 和 EDPF-1000 计算机监视系统、EDPF-2000、EDPF-3000、EDPFNT 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

28、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

29、 是 I/A Series 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/A Series 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、FO

30、XBORO 的 I/A Series 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

31、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 0.1F。 5、无论是 420mA 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-2070之间能够工 作稳定。 7、模拟量最快处理周期不高于 10

32、0MS，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

33、（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。