20世紀70年代中期,大規模集成電路取得實破性的發展,8位微處理器普及,使自動化儀表工業發生巨大的變化,其中原來正處在十字路口的集中式計算機控制系統,很快吸收了微處理器技術,誕生了微機集散系統,全稱為微處理器的總體分散型控制系統(Total Distributed Control System with μp),在1975年首先由美國Honeywell公司發表了TDC2000總體分散型控制系統,其特征是完成8個回路控制的基本控制器(BC)可以分散的設置,通過數據高速公路(DHW)的數據總線把多臺BC與CRT(陰極射線管)操作站連接在一起,形成各節點都有計算機的分布式計算機控制系統,與其同時,美國、日本、英國、法國、加拿大等國都開發出相應的產品,相繼應用在以模擬量回路控制為主的系統中,應用行業遍及石油、化工、冶金、電力、輕工,建材、公用工程等各行業,這類產品統稱DCS( Distributed Control System)。
70年代,煉油和石油化工這些以石油原油和天燃氣為原料的流程工業發展非常迅猛,如我國那個時期就引進了多套年產30萬噸乙烯為首的整套裝置,其它還有大型化肥、化纖、塑料合成橡膠等裝置,所以DCS在市場細分中以滿足石油化工等流程工業為主,這是市場的需要。在這些行業中,溫度、壓力、流量、液位的檢測和控制占了絕大部分,所以這些模擬量的數據采集和控制成為DCS的首先應滿足的功能,而DCS的前身(集中計算機控制系統),已有了成熟的DDC(直接數字控制)技術;此外石化工業中,在塔、釜、罐等大型工藝設備運轉中,少不了各種機電設備如風機、泵類及各種閥門的開關量的檢測和控制,所以開關量的順序控制也是很重要的,這是DCS應滿足的第二個功能;在石化工業中,反應罐等設備是間歇式工作的,即一批原料投入,經過反應,形成產品,產出后,經過間歇,再投第二批原料,這種批量控制是石化行業中不少產品的生產裝置的控制形式,這要求開關量、模擬量結合進行控制,現在也有稱它為混合控制系統(Hybrid Control System)。當然,除此三項控制功能外,還有人機界面友好、安全可靠、易于安裝、容易使用、便于維護、便于擴展和升級換代等要求。另外在石油化工大型裝置和中、小型裝置要求對應DCS產品又有所細分,所以產生了大型DCS和中小型DCS產品,而且各DCS廠家在應用實績方面也產生了細分市場,如有些廠家的DCS產品用于鍋爐控制能力更強,有些廠家的DCS用于海上采油平臺業績更多等等。目前,世界上有數十家DCS廠家,據美國ARC(Automation Research Corporation)1996年統計,下述排名前10家公司占到80%以上的市場份額:Honeywell(21.6%)、Elsag Bailay(12.6%,包括H&B公司)、ABB(9.7%)、Yokogawa(9.6%)、Foxboro-Eckardt(9.3%)、Fisher-Rosemount(6.0%) Yamatake Honeywell(4.6%)、Siemens(4.0%)、Cegelec/AEG Automatic System(ATT)(3.2%)、Westinghouse(3.1%)。在亞洲(日本以外)的市場份額為:Honeywell(27.4%)、Yokogawa(12.6%)、Foxboro-Eckardt(1.4%)、ABB(8.1%)、Elsag Bailay(6.4%)、Cegelec/ATT(5.5%)、Fisher-Rosemount(4.8%)、Yamatak Honeywell(4.2%)、其它公司19.6%。ARC對1996-2004年的DCS市場分析指出:亞洲DCS市場增長較快,1996年DCS整個世界市場為70.08億美元,2000年為96.37億美元,其中亞洲市場分別為11.388億美元和20.67億美元,即由亞洲占世界份額由16.25%增至21.45%,或稱亞洲2000年比1996年DCS市場增長了82%,即每年增長20%。其中小型DCS(10萬美元,30回路以下)增長最快,其次為中型DCS(50萬美元,150回路以下),具體見附表,事實表明,21世紀開放幾年亞洲形勢更好。
關于DCS應用行業的分布,以日本CENTVM系統應用實績為例:化工(含石油化工)占50.74%,石油和天燃氣占15.73%,鋼鐵占7.72%,水處理(自來水廠等)占4.81%,有色金屬占4.24%,紙槳和造紙占8.25%,其它占8.4%。當然這個比例與日本國情有關,如其中未計入電力行業應用DCS,這是因為橫河公司雖然在鍋爐控制方面應用實例很多,但多屬于石化等企業內工業鍋爐和自備電廠鍋爐,而未進入火力發電廠、原子能發電廠等電力行業。而日本電力行業應用DCS是比較多的,日本東芝、富士、日立、三菱等公司火力發電設備均由本公司產的DCS配套,又日本貝利公司的DCS,在日本電力市場中占有率也較高。
我國在大型進口設備成套中引入國外的DCS及石化等行業改造中設計采用國外DCS以外,經過20多年的努力,國內已有多家生產DCS的廠家,其中和利時、浙江中控、上海新華3家已具有相當規模。國內石化行業已使用國內外出產的700多套DCS,應用水平也較高,自動投運率在90%以上,目前正向充分發揮DCS功能和開展先進控制和優化方向發展。據估計,由于DCS在石化行業大中型自控裝置中近5年內沒有可替代產品,到2005年,我國石化行業要有1000多套裝置需要應用DCS控制,而設備更新改造擴容也需要擴大原來DCS系統,至于日常維護、備品備件,那也是很可觀的,所以今后一段時間內,DCS在石化行業中的重要性是不容置疑的,但改善功能、兼容新技術、降低價格、提高應用水平、改善服務水平的任務也迫在眉睫的。溫故而知新,讓我們順著DCS的發展軌跡來了解DCS吧!
到目前為止,用戶對DCS所存在的問題,有3個方面的意見是一致的,即系統開放性問題;與現場傳感器、變送器、執行器的接線問題;價格較貴問題。這些問題在第三代DCS中已開始得到解決。在21世紀,新一代的DCS應滿足用戶這方面的需求。下面談談在石油化工行業中應用DCS兩個問題。
(1) 選型問題
石化行業在應用DCS中,無論新建項目或是改造項目,首先是DCS的選型問題。監于各種DCS有其通用性,而且參與競爭的DCS廠家或系統集成商較多,所以各設計院或業主在標書中均不指定DCS的型號,只規定I/0點數、控制回路數、控制室與現場工藝裝置之間的物理位置、人機界面要求、先進控制或數學模型優化等方面的要求、與整個企業管理網絡之間關系等項要求,標書中為了顯示公平、公正、公開的原則,還提出DCS應符合各種標準或特殊的性能指標等等。這里要提醒買方,由于這些年國產DCS水平提高,應在標準和各項特殊指標和投標資格的規定方面給以重視,如以往在標書中多列出國際或國外的各項標準,而對國內DCS等相關標準重視不夠或不了解,如目前國內DCS是依據GB/T、18271.1-2000、GB/T、18271.2-2000、GB/T、18271.3-2000過程測量和控制裝置通用性能評定方法和程序等標準,這應列入標書中,這種要求是正當的,正直的。
關于業績問題,這是DCS選型和投標方資格論證的一個敏感問題。DCS的功能比較復雜,DCS開發過程是針對不同行業的,而且具體的工程項目的要求也很多,很難對DCS作唯一的選擇,所以如某DCS用于本類工程較多,這樣業主選用該DCS,選型風險就比較小,這是合情合理的。但國產DCS歷史較短,在某些行業大型工藝裝置上使用的業績較少或沒有,所以“實績”這個門檻問題還要具體情況具體分析,如某國產DCS可靠性很高,在類似工藝的中小裝置上應用很好,又有系統擴充能力等再加上國產DCS廠家,掌握原程序,可以按照業主要求增加某些特殊功能等,所以在同等價格的條件下,可以參加竟爭。
(2) 服務問題
DCS發展到今,DCS廠家的硬件、軟件自己生產的部分愈來愈少,而提供全面解決方案(Solutions),卻成了時髦的口號,這其中包括了多項軟技術,所以服務問題成了DCS廠家或系統集成商的新亮點。如何全面的為用戶服務呢?對一個工程項目來說,包括前服務、中服務、后服務。DCS是技術含量很高的產品,所以在合同簽訂前的方案認證、報價,技術談判等方面,DCS是廠家應無償的服務;在合同簽訂后,開工后、投產前硬件方案最終確認,軟件(指系統組態等)編制和鍵入生成,整機出廠前的驗收,工程技術人員和操作人員的技術培訓等中期服務是義不容辭的;貨到現場后的開箱驗收、整機現場安裝通電驗收、回路靜態連調、順序控制邏輯關系的確認。直至整個工藝裝置開車中系統投運的指導,程序修改后的拷貝和工程驗收,這是后服務。后服務可以延伸至保質期內的維修服務(無償)及以后的日常運行中的有償維修服務(全球24小時響應)等及Intermet網遠程服務。這些都是現在應該享受的,這是DCS廠家或系統集成商的義務。這方面國內DCS廠家應該有條件做得更好,而且前正是弱項,應該迎頭趕上。
所謂工程就應該有頭有尾,我們應該把DCS工程有始有終的做好,搞好服務,使DCS工程經濟效益、社會效益雙豐收。
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