中国DCS市场现状及未来发展

1中国DCS市场现状及未来发展2012-2-311:21:00中华工控网报道1历史追溯：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Honeywell推出了第一个DCS产品。中国使用DCS始于1981年，当时吉化公司化肥厂在合成氨装置中引进了Yokogawa的产品，表现出良好的控制性能和可靠性。随后中国引进的30套大化肥项目和大型炼油项目都采用了DCS控制系统，提高了生产设施的效率和产品质量的连续性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS产品在石油和化工行业的成功应用也促进了其他行业控制系统的发展，在随后的几年，冶金、建材、电力、轻工等行业的新建项目中也陆续使用了DCS产品，并成为这些行业的主流控制系统。2技术发展：经过30年的发展，现代的DCS产品与最初的产品相比在速度、可靠性、功能、通讯等方面取得了巨大的进步。◆功能领域的扩展：从功能上现在的DCS已经不再局限于控制层，而是增加了更多的管理层功能，向上提供企业管理系统接口。与此同时，DCS向下不在局限于主工艺装置系统的控制，而是将更多的辅助系统纳入到整个控制系统。◆硬件技术的发展：随着硬件技术的发展，DCS系统的硬件可靠性进一步增加，在系统2规模日益扩大的情况下，硬件的平均故障间隔时间（MTBF）也保持在100,000小时以上。现在的DCS控制站普遍采用32位处理器及多处理器技术，在最新的产品上已经开始使用64位处理器，相比初期DCS控制站的8位处理器，运算速度得到大幅度的提升。◆先进通讯技术的应用：从通讯上看，目前现场总线已经普遍运用，在最近的几个大型石化项目中都使用了现场总线。3市场规模：中国庞大而成体系的流程工业形成了过程控制系统的市场基础，而其中电力、石化、化工、建材、造纸、市政、冶金的大幅度投资与增长，更形成了每年超过50亿元（2004）的DCS市场规模。同时，市场的行业分布也与这些主要行业的投资情况息息相关。譬如，近年的能源短缺和随之而来的电力投资热潮，使得电力行业的DCS需求达到18亿元，占据整个市场三分之一强的份额，超过了石化和化工这些传统的DCS应用的强势行业。4市场增长：尽管国家发展与改革委员会在2004年出台了一系列的政策来限制中国过热的经济，但是，由于工程项目的周期一般都在2年以上，而电气控制系统的安装通常在工程的后期，因此宏观调控对当年的DCS市场几乎毫无影响，这种影响将在2－3年后才会出现。基于此，我们对2005年的市场作出了非常乐观的预期，但是在随后的2年市场的增长会有一些下降。到2007年，尽管市政行业将保持较高的增长水平，传统的石油、化工、建材、造纸等行业3仍然保持了平稳的增长，但是由于占据市场份额最大的电力行业的市场有较大幅度下降，中国的DCS市场将出现暂时的持平甚至下降。5市场份额：DCS是一个技术含量高，需要长期培养的市场，因此，市场格局在近年没有大的变化，没有新的有影响力的厂商进入和退出，排名靠前的仍然是在业内传统的强者，只是由于行业发展速度的不平衡，不同行业侧重的公司的排名会产生一些小的变化。由于DCS定制性很强，与客户的工艺结合密切。很多人认为DCS是一种“服务”而不是“产品”。在DCS市场中，方案的设计、系统集成能力、培训、售后服务是客户考察的重点，不像PLC市场，用户只看产品本身的性能和质量就可以了。“软”件的重要性导致了这个行业份额分布的一些重要特征。◆行业性：对用户行业的理解直接决定了DCS方案的适用性。这使得DCS供应商所提供的产品会更适用于某些行业，而不是全部，从而导致DCS供应商一般会有一个或者数个较强的行业，同时在一些行业里却很难有突破。例如：Honeywell是DCS最大的行业市场油气加工行业的强者，其在油气开采、运输、冶炼乃至下游的化工都有较大的份额和影响力；ABB由于其电力行业的整体解决能力，使得其在电力行业占据领先地位，此外，造纸也是ABB的强项；横河在化工行业；Emerson在石化；中控在化工；新华在电力；和利时在电力、交通等等。以上列举了主要供应商的一些强势行业，实际上较大的供应商都在谋求在热点投资行业或者新兴行业的突破，因此，也并不能把行业性作为描述供应商的一个严格限制。4◆较强的本土供应商力量：与PLC、变频器等自动化产品不同，DCS市场中，国内供应商占据了相当多的份额。这一点也是与刚才提到的DCS特点所分不开的。定制性、跟客户的紧密沟通、培训、售后服务这些都是本土企业的强项。这使得国内兴起了以Hollysys、Supcon、Xinhua这样的企业。但其业务主体在中低端市场，跟国外主流厂商的产品竞争并不明显。5国内外电站DCS系统现状及发展趋势本文主要介绍了国内外电站DCS控制系统的发展状况、各品牌DCS的系统架构和在中国的市场份额，并且参照三菱重工等跨国企业集团的发展模式阐述了国内大型电站设备制造商发展自己独立控制系统的必要性和可行性。一、概述国民经济的快速发展和其它行业的技术进步迫切要求信息化在工业方面得到广泛的应用，特别是需要新技术改造传统产业，因此工业自动化技术得以很快发展，利用工业自动化技术改造传统产业和产业结构，提高自动化、智能化、信息化水平，增强企业竞争能力，是一项非常迫切的任务。随着工业自动化技术的迅速发展，综合自动化控制系统的水平在不断提高；从单机控制发展到分布式控制系统(DCS)，随着可编程控制器(PLC)性能不断完善，在DCS中得到了广泛的应用。近期又发展了新的全开放、全分散、可操作的系统——现场总线控制系统(FCS)，已开始应用于DCS的过程控制层。我们为了让企业更快了解国内外最新的分布式控制系统、产品和发展趋势，以便企业更好地去应用分布式控制系统，提高企业信息化水平，增强企业的竞争能力。DCS尽管各有特色，其结构却大同小异，如图1所示，从下到上分为过程控制层、过程监控层、生产管理层和决策管理层。通过DCS在企业的应用，使资源能充分利用，能耗大大下降，生产效率大大提高，从而使企业的竞争力有大大提升，也就达到了信息化带动工业化的目的。随着企业大量的广泛应用DCS，也实现了工业化促进信息化的发展。世界各国主要制造商已将DCS形成功能齐全、配置灵活的系列产品。分析各制造商其系统结构和功能可归纳以下五个特点:(1)硬件积木化(2)软件模块化(3)控制组态化(4)通信网络化(5)高可靠性二、市场预测6国际著名ARC咨询机构于2003年发布了世界DCS市场预测报告。该报告预测世界DCS市场从2002年至2007年将保持年增长率2.5%，市场销售额从2003年的91亿美元将增长到2007年的103亿美元。世界DCS的增长速度之所以不高，主要原因是美国等发达国家的经济增长速度减慢所造成。ARC咨询机构又在一篇题为“分布式控制系统在中国的前景”的研究报告中指出，2003年，中国DCS市场的规模为45亿元，到2008年将增加到90亿元。也就是说中国DCS市场的年增长率预计将维持在15.1%。又据国内调查机构的报告，到2001年电站应用DCS的数量已经超过石化和化工成为DCS最大的用户，每年占据这个市场总额的34.9%（不含核电和热电系统），如图3所示。由于DCS作为与电子和计算机技术结合最紧密的系统，他的生命周期取决于电子设备的制造寿命和信息技术的发展速度，目前在运行的电站DCS设备平均寿命为6-8年，而电站设备平均设计寿命为30-40年，由此判断这个市场仅更新改造一项就有着广阔的发展空间。随着中国经济的发展，国家在新建项目和旧厂改造方面投入了大量资金，形成了较大的市场，因此全球的DCS厂商几乎都来到中国，加速了这个领域的竞争。ARC同时指出，在中国，DCS在能源方面的应用将继续占很大比重，DCS厂商在中国的商机在增加。然而目前他们也面临许多挑战，全球的DCS厂商首先面临中国厂商的竞争。为了降低成本，这些国外厂商带来了开放的标准体系以及通用的控制器件，这使得国内的DCS厂商能够跳过控制技术的发展初期阶段，直接采用成熟的和开放的技术，通过本地化、专业化和产业化以更强的服务能力、更有竞争力的价格参与到DCS的竞争之中。尽管目前国内和国外厂商针对的DCS市场界线还比较分明，但这并不是绝对的，随着国内技术的发展、人才的培养、经验的积累这个界线势必然变得模糊和淡化，国内厂家在DCS领域的潜质将进一步得到发挥。正是国内这种需求和对DCS设备更加专业化的分工，使国内厂商感到有信心也有能力开拓这个领域。三、国内外主要制造商目前世界上主要制造商有Foxboro(美)、SIEMENS(德)、ABB(瑞士)、Emerson(美)、HITACH(日)、LEEDS&NORTHRMP(美)、Honewell(美)、Hartmann&Braun(德)、Yokogawa(日)、等。在国内DCS厂家中，最大的供货商依次为：浙大中控、合利时、上海新华、上仪、四联、威盛等。在应用DCS的过程中，我国科研技术人员在消化吸收国外技术的同时，自主创新我国自己的DCS，经过多年努力，他们都已经取得可喜的成果，如新华控制工程公司的XDPS-400、北京和利时的FOCS和国电智深公司的EDPF-NT，华能信息产业公司的PINECONTROL，都已在多个电厂试验应用的基础上，经过改造提高后、达到或接近国外厂家同类的DCS水平，并已在200、300WM机组改造或新建工程中得到广泛应用，受到电厂的欢迎和好评，且其价格低于国外成套进口的设备。四、DCS的发展随着信息技术的发展，DCS的应用也越来越广泛，企业对DCS提出了许多新的要求，为此世界各国DCS厂商纷纷加强开发研究DCS系统的技术水平。近期，Foxboro公司的I/ASeries系统，如图4所示、7ABB公司的IndustrialIT系统，如图5所示、Honeywell公司最新推出的ExperionPKS（过程知识系统）、Siemens公司的PCS7系统，如图6所示、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)这标志着新一代DCS已经形成，也就是第四代DCS。最近我们分析了日本三菱重工株式会社DCS发展的历史。三菱重工电站设备配套DCS开发的历史，如图7所示。三菱重工是在对电站设备工艺系统设计和制造已经趋于成熟后才进入控制领域的。从它的发展历程可以看出，他最初也是集成美国Bailey公司的820系统和L&N的控制系统，自1975年开始研制自己的电站DCS设备，开发历尽20多年，目前已经是第五代产品。从图8中我们可以知道，三菱重工的已生产了2351套DCS系统。在三菱重工电站DCS研发过程中，回避了三菱重工硬件设备产能不足和开发成本过高的缺陷，抓住核心的控制软件技术和自身工艺设备制造商的优势，以提高整体设备运行的可靠性和协调性为出发点，大量采用开放技术和第三方可靠硬件，将它们按照自己的DCS设备需求来设计，有机的组合在一起，并且开发了具有针对现场控制设备、测量设备和专用安全防护设备，从而有效的提高了控制安全等级和控制精度。在图8中，我们可以看到贯穿始终的是DIASYSIDOL组态语言，而变化的则是随着电子工业进步，不断升级和发展的计算机设备、控制方式、针对客户需求调整的控制策略。图9是三菱重工DIASYSNETMATION的基本架构，简洁的系统配置、稳定的网络通讯、强大的处理能力和丰富的软件功能是这套系统最大的特点。开放性还体现在不同的层面，例如：DIASYS的组态软件就是借鉴微软公司的MSVISIO，这是MSOffice办公自动化套装软件之一。利用这个平