脱硝DCS网络结构比较

摘 要：dcs系统在电力行业应用广泛，因dcs在电厂机组控制系统中主要采用单元机组和公用系统分开的三段式网络结构，功能完善、性能稳定。所以在行业内一直存在着对脱硝dcs控制系统网络结构优越性的争论，但由于dcs系统网络结构的灵活性以及火电厂烟气脱硝工艺多样性、特殊性的特点，现根据脱硝不同工艺的项目实际应用，结合电力行业常用dcs的特点做以下比较说明，以便在实践中根据实际情况灵活运用，发挥控制系统的最佳性能，达到经济实用、稳定可靠的目的。

关键词：烟气脱硝；scr_dcs；网络结构；以太网

1 引言

我国一次能源结构中约70～80%由煤炭提供，每燃烧一吨煤炭，约产生5～30kg氮氧化物。火电厂排放的nox总量约占全国氮氧化物排放总量的35～40%，电站锅炉已成为主要的大气污染固定排放源之一。为了改善大气环境质量，新版《火电厂大气污染物排放标准》（gb13223-2011）提出了更严厉的nox排放限制， 因此火力发电厂烟气脱硝控制系统的运行可靠性和系统可利用率等将倍受关注。脱硝dcs网络结构设计规划将成为设计审查中的一个重要环节。

2 网络结构说明

脱硝dcs控制系统（以下简称scr_dcs）网络结构，一般常规可设计二种方式：一个整体网络或者三个独立的网络。下面根据二者结构配置的不同并结合目前市场主流dcs做以下比较说明。（注：此处暂以scr为例说明，sncr_dcs网络结构雷同）

从网络结构上看，一段网络是将两台机组脱硝及脱硝公用系统做成一套dcs整体网络，脱硝公用系统以远程i/o及形式纳入机组公共用系统，来实现对scr_dcs的控制和监视。

三段网络是将单元机组脱硝和脱硝公用系统分开设置，各做一套dcs网络，脱硝公用系统会以远程i/o形式纳入机组公共用系统，三段网络间的通讯连接，实现对scr_dcs的控制和监视。

不同公司间的dcs产品的网络结构会存在一定的差异，令牌网、以太网、上层和下层网络等，在实际硬件配置中，经常会因网络结构导致不同品牌dcs硬件出现较大差异。现举例日立hiacs-5000m系统、abb symphony系统做说明如下：

日立dcs的hiacs-5000m系统是市场上的主推的系统，其控制器r600ch，控制器配置上，控制器采用的是risc芯片处理器，采用了精简指令集，内部快速指令处理电路，处理速度相当于相同主频普通芯片的3-4倍，特别适合密集型科学技术处理及工程应用，另采用实时操作系统的pms，控制器本身不会产生内存垃圾，真正实现控制器的高效管理，处理能力强大，负荷率低。可控制点数相对较多。

在同等条件下，相比较一段网络，日立三段网络需在一个的基础上增加网络耦合（控制器）、网卡等硬件配置。同时还需要为每套scr_dcs配置操作员站等。

abb symphony系统的结构跟日立系统有乐很大的区别。其下层为一个环网网络c-net，上层是交换机的操作管理网络o-net。每面柜都是控制网络的一个节点。系统用于管理和控制模件用的是brc300，因过程控制的分散性、可靠性的要求，brc300除采用高性能的工业级cpu芯片和模件设计法、具有适于过程控制的特殊性能。相对比较成熟。

在同等对象情况下，相比一段网络，abb三段网络要在单环网基础上增加至少两套iniit13通讯组件等，另增加相应inict13a通讯节点以实现网络服务器冗余。

以上是差别较大的两个系统，常规配置的dcs在一段和三段没有如此大的差别，常规、ge新华xdps400e系统、和利时sm、fm系统、国电智深edpf-nt系统、上海乐华xdc800、西屋ovation 系统、横河centum-cs3000系统、欧陆network6000+系统、foxboro i/a series 系统、foxboro a2系统、上海新华 tis net系统 、siemens pcs7系统等，网络采用交换机型式，不一样网络结构相比增加设备相对较少，调整起来就比较方便。

3 性能和优缺点对比

一段网络与三段网络两种网络均现阶段成熟的配置，均能满足脱硝控制系统要求，具体优缺点比较如下：

3.1 从系统配置和成本来看

烟气脱硝工程i/o点一般在比较500-600个点左右（单元加公用），如果采用一段网络，就将所有控制器、工作站等都挂一个主网上，比如系统有多台工程师站、操作员站可互为备用，都可以做到在线冗余，系统配置优化，其中一台机器发生故障，就不会影响系统运行。若采用三段网络，单元机组就要配独立的工作

等硬件设备。若单元站要对公用系统进行操作，就要增加网络耦合器的中间环节。在相同配置情况下，工作站均无本网络的冗余配置，只能用其他两段网络的工作站的兼顾功能实现，不是真正意义上的在线冗余配置。相对一段网络硬件配置，三段网络结构的硬件成本相对要高的多。

3.2 从脱硝工程管理来看

脱硝系统为主机锅炉及烟道后处理的改造工程，一般工期在主机投运之后，主机机组和脱硝的工程进度是不一样的，脱硝的dcs就采用三段网络结构，脱硝与主机的dcs及公用系统一一对应，把脱硝耦合到主机主干网，需要主机停机改造，仅就工程而言，不便于脱硝工程管理。

3.3 从运行维护上看

采用一段网络结构时，scr_dcs机柜一般就近布置在scr平台上，不利于运行维护，采用三段网络结构时scr_dcs机柜一般集中布置在相应机组电子设备间，将脱硝与机组组成一个不可分割的整体，操作员站、工程师站、历史站均可利旧原有机组dcs设备，减少运行、维护成本。

3.4 从电厂整体规划和环保重视程度来看

按照目前环保要求及电厂对整个厂区集中控制的自动化要求出发，减少电厂组成单元的控制细化分割，全部集中到机组集控室统一监控，既提高了系统的自动化程度，又有利于现场运行维护，而且将脱硝视为机组锅炉不可分割的一个整体，提高到一个同等重要的程度上来，也是电厂对环保责任历史使命的一种肯定。

3.5 从未来趋势看

目前，无旁路脱硝是大势所趋，烟气排放指标会越来越严格，脱硝运行可靠性和环保所扮演的角色越来越重要，因此未来新建机组或锅炉均可能将脱硝纳入建设初期统一规划，直接投资一次建成，因此，从这个趋势来看，直接纳入机组dcs的三段式网络结构将成为主流。

4 结束语

综上所述，结合目前脱硝项目的实际情况，脱硝系统采用一段或三段式网络结构各有利弊，在不同的应用环境中采取合适的网络结构则可以扬长避短，比如在小机组或小锅炉中采用sncr工艺时，则可利用一段式网络结构，布置在公用区，便于现场工况的集中控制和现场运行维护；当用于大机组scr工艺时，则更适合采用三段式网络结构，充分利用原有机组分散控制系统硬件资源功能优势，更大地发挥机组dcs系统的系统功能，确保电厂在追求高效的同时也确保环保设备运行的实际有效管理。

参考文献

[1]日立hiacs5000m系统说明书.

[2]abb symphony系统说明书.