Diese Arbeit befasst sich mit der Zusammensetzung und Leistungsfähigkeit verschiedener ausländischer DCS-Systeme und gibt Empfehlungen zur Auswahl geeigneter DCS-Systeme für Kraftwerke. Schlüsselwörter : DCS-Steuerungssystem I. Einleitung Aktuell stehen zahlreiche DCS-Steuerungssysteme für Kraftwerke zur Verfügung. Aufgrund der jüngsten Stromknappheit infolge der wirtschaftlichen Entwicklung Chinas und um den reibungslosen Betrieb verschiedener Industriezweige zu gewährleisten, steigt die Zahl neuer Wärmekraftwerksprojekte in China stetig an. Die Auswahl des optimalen DCS-Systems ist daher von zentraler Bedeutung für die sichere Produktion in Kraftwerken. Wie wählt man ein DCS-Steuerungssystem aus? Zunächst ist zu prüfen, ob das System in anderen Kraftwerken häufig Hardwareausfälle aufweist. Beispielsweise können häufige Netzausfälle von Leitstellen oder Beschädigungen von Schaltkarten leicht zu Anlagenstillständen führen. Daher sollte ein solches System, selbst bei hervorragender Software oder Systemfunktionalität, nicht die erste Wahl sein. Zweitens: Verfügt das System über eine hohe Störfestigkeit? Verfügt ein System nicht über ausreichende Störfestigkeit, können Signale aufgrund externer Störungen während des Betriebs und der Wartung fehlerhaft übertragen werden, was letztendlich zu Systemausfällen führen kann. Drittens: Lässt sich das Steuerungssystem online warten? Moderne Steuerungssysteme nutzen in der Regel Redundanz. Dieser Ansatz gewährleistet einen sicheren und stabilen Anlagenbetrieb und ermöglicht die Online-Wartung. Redundanz bezieht sich typischerweise auf redundante Prozessoren der Steuereinheit und die Netzwerkkommunikation. Darüber hinaus ermöglichen redundante Geräte ein nahtloses Umschalten und minimieren so die Ausfallraten der Anlage. Viertens: Ist die Software des Steuerungssystems leistungsfähig genug? Unterstützt die Softwarekonfiguration des Steuerungssystems die verschiedenen Funktionen, die das DCS benötigt? Sollte das System nicht Abstürze aufgrund von Softwareproblemen vermeiden? Erfüllt das ausgewählte DCS-System diese vier grundlegenden Anforderungen, ist es in der Regel eine Überlegung wert. Die folgende Analyse untersucht die DCS-Systeme verschiedener Unternehmen und deren Auswahlkriterien. II. Funktionen ausländischer verteilter Steuerungssysteme 1. Kostenintensives, aber leistungsstarkes und hochzuverlässiges TXP-Steuerungssystem Wenn es um hochzuverlässige und leistungsstarke Systeme geht, betrachte ich das TXP-System (Teleperm-XP Distributed Control System) von Siemens. Dieses Steuerungssystem ist für Kraftwerke verschiedener Typen und Größen geeignet. Dank seines modularen Aufbaus erfüllt es die unterschiedlichen Leistungsanforderungen von Anlagen verschiedener Größen. a. Zusammensetzung des TXP-Systems: Das TXP-System bietet die notwendigen automatisierten Funktionen für Verarbeitung, Betrieb, Überwachung und Aufzeichnung zur Steuerung des Produktionsprozesses. Die Funktionen des gesamten Steuerungssystems sind auf unabhängige Subsysteme verteilt. Ein typisches TXP-System besteht aus sechs Subsystemen: dem Prozessautomatisierungssystem AS620, dem Betriebs- und Überwachungssystem OM650, dem LAN-Bussystem, dem Engineering-Managementsystem ES680, dem Inbetriebnahmetool PG740 und dem Diagnosesystem DS. Die Hardwarestruktur ist wie folgt: b. Eigenschaften des TXP-Systems: Die Hardware des TXP-Systems ist offen und modular aufgebaut und ermöglicht Anwendern eine flexible Konfiguration, um ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis zu erzielen. Für Kraftwerke oder andere kritische Systeme mit besonders hohen Sicherheitsanforderungen sind redundante Anordnungen für den Steuerbus, die zentrale Verarbeitungseinheit, die Funktionsverarbeitungskarten und sogar die Signalerfassungsgeräte erforderlich. Für allgemeine Anlagen genügt ein Satz Steuerungseinrichtungen, jedoch sind die grundlegendsten Steuerungselemente wie die Steuerbusse AS, ES und OM unerlässlich. Der größte Vorteil von TXP liegt darin, dass sich das verteilte Steuerungssystem von TXP von anderen DCS-Systemen unterscheidet, die die Anlagensteuerung in DAS, CCS, SCS, FSSS, DEH, MEH und Bypass-Steuerung unterteilen. Erstens sind die Grenzen zwischen diesen Subsystemen nicht klar definiert, teilweise fehlen sie sogar. Die Funktionen von DAS, CCS, SCS, FSSS, DEH, MEH und Bypass-Steuerung werden alle mit derselben Hard- und Software implementiert, was Wartung und Reparatur vereinfacht. Zweitens zeichnet sich das System durch hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit aus. Die DCS-Steuereinheit lässt sich hardwareseitig an die Bedürfnisse des Anwenders anpassen und ist daher ein bevorzugtes Steuerungssystem für Kraftwerke. Die Kommunikation des Steuerungssystems entspricht internationalen Standards, was Netzwerkausfälle reduziert, redundante Steuerkreise ermöglicht und hardwarebedingte Probleme minimiert. Dieses System eignet sich für Kraftwerke mit hohen Systemanforderungen, begrenztem Wartungspersonal, leistungsstarker lokaler Ausrüstung und ausreichendem Wartungsbudget. 2. Das WDPF-System ist ein zuverlässiges, funktionsreiches und kostengünstiges Steuerungssystem, das 1982 von Westinghouse eingeführt wurde. Ende der 1980er-Jahre wurde es zum WDPF II weiterentwickelt und besteht aus mehreren Funktionseinheiten (Stationen), die über ein Datenkommunikationsnetzwerk verbunden sind. Die Stationen kommunizieren schnell und unkompliziert über den WDPF-Hochgeschwindigkeitsdatenkanal (DaTa Highway). Die Übertragungsrate beträgt 2 MB/s, und es können bis zu 16.000 diskrete Punkte (analog oder digital) pro Sekunde übertragen werden, wodurch die verteilte globale Datenbank stets aktuell ist. Weitere 16.000 diskrete Punkte (analog oder digital) stehen für die Überwachung zur Verfügung, und das Netzwerk kann bis zu 32.000 Punkte verarbeiten. Es bietet eine Reihe von analogen Steuerungssystemen (MSC), sequenziellen Steuerungssystemen (SCS), Brennersteuerungssystemen (BMS) und Datenerfassungssystemen (DAS). a. Ein typisches WDPF-System besteht aus: einer verteilten Verarbeitungseinheit (DPU) für die Datenerfassung und Steuerung (einschließlich analoger und logischer Steuerung). Die Bedienerstation (OS) dient der Informationsanzeige, Alarmierung und Überwachung durch den Bediener. Die Ingenieurstation (ES) wird für die Programmierung, das Debugging und die Wartung der Systemsoftware verwendet. Die Protokollstation (LOG) dient der Erfassung, Formatierung und dem Ausdruck von Prozessdaten. Die Station für historische Daten (HDR) dient der Aufzeichnung und Archivierung von Prozesspunktdaten und manuell eingegebenen Offline-Daten sowie dem Abruf archivierter Daten zur Erstellung von Trend- und Freiformatberichten. Die historische Datenspeicherung und -abfrage (HSR) ermöglicht die intelligente Speicherung und den Abruf aller historischen Gerätedaten zur späteren Analyse. Die VAX-Maschinenschnittstelle (VXI) stellt eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle zwischen dem WDPF-Datenkanal und Rechnern der VAX-Serie bereit. Die universelle programmierbare Steuerungsschnittstelle (UPLC) ermöglicht die komfortable und effiziente Integration diskreter programmierbarer Steuerungen (SPS) in das WDPF-System. Das MIS-Gateway verbindet sich mit verschiedenen Managementinformationssystemen (MIS) und ermöglicht Prozesssteuerung, Optimierung, Leistungsüberwachung und Managementberichte. Die Stationsschnittstelle (SIU) dient als Netzwerkschnittstelle zwischen WDPF und anderen Computern und Geräten. Die Datenautobahn stellt eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zur globalen Datenbank bereit. b. Hardwarestruktur: Das WDPF-System besteht aus einem Hochgeschwindigkeits-Datencontroller, verschiedenen Funktionsarbeitsstationen und E/A-Karten. Die Kommunikation der Datenautobahn wird vom Hochgeschwindigkeits-Datenkanal-Controller-Subsystem (DHC) bereitgestellt, das für alle Stationen identisch ist. Es besteht aus gemeinsamem Speicher, Modems und einem Datenbankmanager. Jede Funktionsarbeitsstation führt spezifische, stationsbezogene Aufgaben aus. Die Interprozesskommunikation erfolgt über speicherabgebildete WDPF-E/A, wobei verschiedene Prozesskarten zur Anbindung an technische Systeme bereitgestellt werden. c. Kommunikationsnetzwerk: Die WDPF-Netzwerkarchitektur ist eine offene Busarchitektur mit zwei Arten von Hochgeschwindigkeitskanälen: der Datenautobahn und der Informationsautobahn. Die Datenautobahn nutzt Broadcast-Kommunikation. Die Broadcast-Technologie von WDPF benötigt keinen Master-Controller. Eine Station fungiert jeweils als Master-Controller und übergibt die Token-Steuerung zur Ausstrahlung an die nächste Station. Aus Sicherheitsgründen ist die Datenautobahn in der Regel redundant ausgelegt. Die Informationsautobahn nutzt Ethernet, und die Workstations verbinden sich über VEM BUS mit dem Controller der Informationsautobahn. WDPFII verwendet das international anerkannte UNIX-System und erfüllt damit die grundlegenden Anforderungen an ein offenes System. d. Systembewertung: Das verteilte Steuerungssystem WDPF von Westinghouse, das bereits zuvor eingeführt und umfangreichen Betriebstests unterzogen wurde, wurde modifiziert und verbessert, um Systemmängel zu beheben. Auch Hardware-Upgrades wurden implementiert, woraus das Steuerungssystem WDPFII entstand. Dieses Steuerungssystem zeichnet sich durch eine hohe Kapazität aus und eignet sich für große Anlagen. Obwohl es eine Reihe von Steuerungsfunktionen bietet, darunter analoge und digitale Steuerungssysteme (MCS), sequentielle Steuerungssysteme (SCS), Verbrennungsmanagementsysteme (BMS) und Datenerfassungssysteme (DAS), integrieren viele Kraftwerke die DEH- und ETS-Systeme nicht. Daher steuern das WDPF-System und DEH Turbine und Kessel separat. Die Verbindung zwischen DEH- und WDPF-Systemen sollte nicht über ein Netzwerk, sondern primär über eine feste Verkabelung erfolgen. Dies erhöht zwar die Anzahl der Verdrahtungspunkte, beeinträchtigt aber nicht die hohe Kapazität des WDPF-Systems. 3. Ein System mit hoher Stabilität, angemessenem Preis und hoher Zuverlässigkeit: Das HONEYWELL-System: Das HONEYWELL-System ist ein DCS-System der HONEYWELL Corporation in den USA. Es wird hauptsächlich in der petrochemischen Industrie eingesetzt und von Anwendern aufgrund seiner hervorragenden Steuerungslogik und überlegenen Hardwareleistung sehr geschätzt. a. Zusammensetzung des Honeywell-Systems: Das Honeywell-Steuerungssystem (TPS) besteht im Wesentlichen aus: Das lokale Steuerungsnetzwerk (LCN) bildet das Rückgrat des Honeywell-Systems und verbindet die Bedienerstationen (GUS), Anwendungsmanager (AM), historischen Stationen und das universelle Netzwerk (UCN). Das UCN verbindet primär lokale Steuerungen wie den High Performance Manager (HPM) und den Safety Manager (FSC). Der High Performance Manager (HPM) wird hauptsächlich in analogen Steuerungssystemen (MSC) und Datenerfassungssystemen (DAS) eingesetzt und bildet den Kern des DCS. Der Safety Manager (FSC) findet vorwiegend in sequenziellen Steuerungssystemen (SCS) und Brennermanagementsystemen (BMS) Anwendung. Der Safety Manager (FSC) ist kein Honeywell-Produkt, sondern eine von Honeywell erworbene Technologie. Aufgrund seiner schnellen Reaktionszeit und hohen Sicherheit wird der Safety Manager (FSC) in sequenziellen Steuerungssystemen (SCS) und Brennermanagementsystemen (BMS) eingesetzt. Alle GUS-Stationen nutzen Windows NT und gewährleisten so eine hohe Bedienbarkeit. b. Kommunikationsnetzwerk: Das Kommunikationsnetzwerk basiert auf dem internationalen 802.3-Protokoll. Redundanztechnologie sichert Systemsicherheit und -zuverlässigkeit. c. Systembewertung: Das WDPF-System bietet eine Reihe von Steuerungsfunktionen, darunter analoge und digitale Steuerungssysteme (MCS), sequentielle Steuerungssysteme (SCS), Verbrennungsmanagementsysteme (BMS) und Datenerfassungssysteme (DAS). Viele Kraftwerke nutzen jedoch keine DEH- und ETS-Systeme. Dank der weitverbreiteten Anwendung des Honeywell-Systems in Kraftwerken lässt sich DEH jedoch vollständig integrieren. Das Honeywell-System unterstützt über 16.000 Punkte und eignet sich für große, mittlere und kleine Kraftwerke. III. Auswahlkriterien für Kraftwerks-DCS-Systeme 1. Kommunikationsnetzwerk: Für hohe Zuverlässigkeit sollte die Kommunikationsreichweite so groß wie möglich sein. Eine Übertragungsrate von 10 MB/s ist ideal. Das Kommunikationsnetzwerk muss redundant ausgelegt sein, um die Online-Wartung zu gewährleisten. 2. Hohe Kapazität: Kraftwerks-DCS-Systeme verfügen typischerweise über 3500–4500 E/A-Punkte. Moderne DCS-Systeme können verschiedene Logikfunktionen ausführen und bieten hohe Kapazitäten. Daher ermöglichen DCS-Systeme nicht nur die Redundanz der Steuerung, sondern aus Sicherheitsgründen auch die Redundanz kritischer E/A-Punkte. 6000 E/A-Punkte sind daher optimal für Kraftwerksleitsysteme. 3. Hohe Leistung und Zuverlässigkeit: Ausgereifte DCS-Systeme erfüllen vielfältige Leistungsanforderungen. Hardwareprobleme können zwar auftreten, die Software ist jedoch im Allgemeinen zuverlässig, was zu wenigen Abstürzen und einem stabilen, zuverlässigen Betrieb führt. 4. Hohe Kosteneffizienz: Für kleinere Kraftwerke mit begrenzten Investitionen können die genannten DCS-Systeme zu teuer sein. Inländische DCS-Systeme werden immer ausgereifter. Beispielsweise verfügt das XDPS-System des Kraftwerks Xinhua über einzigartige Designmerkmale. Das DEH-System des Kraftwerks Xinhua ist in China seit vielen Jahren im Einsatz, und das auf jahrelanger Erfahrung basierende XDPS-System hat positives Feedback von Anwendern erhalten und bietet eine hohe Kosteneffizienz. Für große und mittelgroße Erzeugungseinheiten wird die Verwendung der genannten TXP-Systeme, WDPF-Systeme, HONEYWELL TPS-Leitsysteme und anderer Leitsysteme empfohlen. IV. Fazit: Die Entwicklung der chinesischen Energiewirtschaft hat zu höheren Anforderungen an DCS-Systeme geführt. Daher gehen wir davon aus, dass in China produzierte DCS-Steuerungssysteme in naher Zukunft ausgereifter sein und sowohl auf dem chinesischen als auch auf dem globalen Markt breitere Anwendung finden werden.