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应邀,结合目前我还在从事的核电仪控(DCS)业务,写点个人观点,与大家分享:
我是87年西安交大自控专业本科毕业,90年西安交大系统工程专业研究生毕业,毕业后一直从事仪控(DCS)的应用设计、工程、支持、服务等工作,先后就职于电子部第六研究所(HIACS3000)、霍尼韦尔中国公司(TDC2000/3000/TPS)、ABB中国公司(OCS AC100/200/400/Bailey Symphony )、艾默生中国公司(WDPF/OVATION)、英维思中国公司(IA/Tricon)、施耐德中国公司(整体收购英维思)。结合目前大家热议的核电仪控(DCS)国产化、技术转让、技术路线等与大家分享一些个人观点。
1. DCS的概念
DCS是英语Distributed Control System的缩写, 从实际应用角度讲,称为集散控制系统或仪控系统更合理,首先DCS是一个系统,不是单个个体如一个控制或一个逻辑模块。是包括I/O采集卡、控制器、网络、网关、操作系统、数据库、算法、服务器、人机接口站等组成的一套复杂系统,但无论如何复杂的系统,都是为工艺服务的,无论哪个领域,DCS的设计必须满足工艺的要求,不能自己孤芳自赏,再好的DCS或集散控制系统必须体现在服务工艺的好坏上。从功能上讲,集散控制系统既要考虑适当的分散也要考虑适当的集中。
所以,从这一点讲,有两个概念就很清楚了,一是目前我们在热议的核电DCS技术转让,DCS技术不在设备(核堆)工艺厂家手里,而在专业提供仪控的DCS厂家手里;二是不存在基于FPGA技术的DCS系统或基于CPU技术的DCS系统这种概念,FPGA只能作为逻辑处理模块或单元,代替由CPU算法完成的部分逻辑功能。对于集散控制系统必须解决的高级算法、网络、数据库、第三方接口、人机人因等都是FPGA无法解决的,当然在FPGA逻辑设计验证确定后(设计审查),FPGA较传统概念的DCS系统在软件验证V&V上具有一定优势,但从系统概念,FPGA构不成一个系统,如:某品牌DCS系统,采用FPGA技术的PLM(Priority Logic Module)模块完成优选逻辑功能,并没有摆脱整个系统为CPU主导完成的大量数据通讯、逻辑比较、通讯、二层操作、报警、规程、性能计算等功能,而不能称为“基于FPGA技术的DCS系统”,即使保护逻辑采用FPGA技术实现。
集散系统的结构,因历史的原因和功能上的考虑,核电DCS采用了一层、二层的概念,但从DCS厂家推出的结构看,真正结构上存在一、二层即存在由服务器完成一二层通讯的结构(客户服务器结构)属于80年代的主流产品,决不能认为是一套先进的DCS平台。而对于一、二层的概念,也不是核电独有,大型高炉的控制系统在90年代初就采用一、二层的概念,当然控制逻辑和算法部分采用PLC平台,部分采用DCS平台。
集散系统的先进性,无论是基于保守及严格法规体系下,无数标准导演下完成了无数的测试鉴定,如果没有大量的市场应用做后盾,都谈不上是一套成熟的、可靠的核电DCS系统,避免不了昙花一现,而且忙于修修补补,使用者只能陷入后续投入大量人力物力维护一个没有“未来”的系统。而对于非安全级的系统,其它行业的主流系统已经以“白菜价”活跃与各种工业领域。
集散系统设计的中控室方案,同样不存在三代或二代DCS的问题,某核电厂家推出的“先进的三代控制室方案”是典型的火电DCS中控室设计方案,即取消BUP盘,所有操作报警全部基于计算机,只保留少数关键的跳堆、安注、跳机等信号。
火电的DCS同样经历了复杂的模拟仪表、DCS+模拟手操(BTG盘)、复杂的硬件1:1(甚至配置1:1的控制器)的仿真系统,随着计算机技术、网络技术、数据库、算法等的成熟,仪控系统开始大规模采用分散控制系统,只保留部分紧急按钮。同时,随着DCS技术的成熟及用户对DCS的了解,火电、石化行业集散控制技术的应用发生了很大的变化,由计算机技术不可靠衍生的IO冗余不再变得那么重要,大量的手操、按钮被计算机操作取代。随着技术和市场的成熟,DCS系统的价格也由贵族变成百姓。
2. 核电数字化控制系统
数字化的概念在石化、火电也由探讨到具体实施经历了很多年,但石化火电数字化的概念是以智能仪表和现场总线引入,从一些智能仪表到现场总线,包括各种智能仪表到支持不同技术的FF、Profibus-DP/AP、Device Net、CAN等所谓的现场总线技术,配合智能管理软件,如资产管理软件AMS等,实现在中控室完成所有仪表的诊断、维护等,石化、火电、水处理都有具体成功的应用。
相对于火电石化等行业的DCS控制系统,核电谈到的数字化是否应该定义为“计算机控制系统”或“DCS控制系统”或“仪控系统”,值得大家讨论。
3. 国产化、技术转让
(1)DCS技术的国产化,市场已经有很成熟的结论,如:早期的新华控制,现在的和利时公司、浙大中控、电研智深等。所以,从某种意义上讲,我们国家已经实现了DCS的国产化。而对于大型工业领域的工艺控制,如火电机组控制,只存在从成本、商务等综合考虑来决定采用国产还是进口品牌。
核电DCS国产化很成功的事例是广利核,广利核仪控依靠跟和利时DCS技术合作,跟三菱实现控制和工艺的合作,依靠和利时在其它行业大量系统的应用,和利时研发的大量投入,实现了系统的逐步完善,完成了核电控制系统与核堆工艺的结合,完成核电的系统验证,目前达到了国产化成功的典范,包括安全级和非安全级的控制系统,以及实现控制功能的产品化,如:保护系统的旁通、闭锁、定期实验等的产品化, 而DCS技术含量并不低于广利核的欧美品牌,核电DCS在旁通、闭锁、定期实验等仅仅限于工程化。当然,在对具体工艺的实现,该还存在这样那样的问题也是不可避免的。
回顾广利核DCS成功的经验,我们不难看到,其成功的路径跟高铁有异曲同工:依靠项目完成国外同行业领先系统的吸收消化,国产项目实施验证,推向市场。DCS也是同样,任何一个DCS系统都是经过市场无数应用的拷机、验证才成为一套相对完整,能够为工艺服务的可靠运行的系统。
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上世纪70年代,由于经济的迅速发展,生产装置迅速向大型化方向发展,尤其是石油炼制、冶金、化工、建材、电力等行业,这些行业生产装置的大型化能够带来明显的好处,如生产效率提高、原料消耗减少、劳动力成本降低等。生产设施的大型化要求设备之间具有更好的协调性,而且停机将带来更大的损失。因此用户迫切希望能够有一种产品或者系统能够解决生产设施大型化和连续化所面临的控制问题。与此同时,在20世纪70年代中期,大规模集成电路取得突破性的发展,8位微处理器得到了广泛的运用,使自动化仪表工业发生巨大的变化,现代意义上的DCS也应运而生。1975年美国最大的仪表控
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