火力发电厂DCS控制系统的出厂测试条件分析

李继强

摘要：火力发电厂的DCS系统是以计算机，通信网络和电子模件组成、对电厂各工艺过程进行控制，监视的系统，涵盖硬件、软件及其应用功能。

关键词：一带一路、软件、DCS、模拟量、开关量、通信网络、控制处理器、过程输入输出、人机接口、数据采集和人机界面

内容：

1.随着“一带一路“的战略延伸，很多国家已经加入，印尼、菲律宾等国家相继引进了多套由中国总包建设的火力发电厂。而以計算机、通信和屏幕显示技术为基础，实现对生产过程中的数据采集、控制和保护功能，并实现数据共享的多计算机监控系统对实现发电厂的智能化管理尤为重要。

2.DCS 系统的主要特点为功能分散、操作显示集中、数据共享、以I/O 卡件为信号传递模块（根据生产过程需要可以做到硬件布置的分散）。

3.出厂验收基本要求及注意事项

a. 应用功能要求，包括：

软件安装检查验收

各操作员站、工程师站、各服务器的软件版本应符合合同要求。

软件正版且有使用许可证。

软件全部功能测试正常，最新版本的系统软件应能兼容早期版本的软件。

数据采集和人机界面

此处应该按照电厂工艺系统设计要求，对所有已设计测点信号进行连续采集和处理，并存储在实时和历史数据库中实现DCS的信息共享。

操作站应设计足够的人机界面功能，使运行人员能够实时监控机组，工艺系统和设备故障。至少涵盖如下信息：

显示：工艺流程图、趋势、组成参数、报警显示。

记录：SOE、事故追忆、操作、事件等记录。

制表：班报表、月报表、用户定义的报表。

历史数据存储和检索。

工程师站应设计权限管理，管理员级、工程师级、操作员级别，以便运行人员监控。

模拟量控制

模拟量控制系统宜划分为若干子系统，各个子系统应遵守“独立完整”的原则，以保证主控通信网络上的交换量最少。宜采用闭环控制，并能自动补偿与修正。并应有连锁保护功能。

冗余组态控制系统局部故障时，不应引起机组危机状态，并将这一影响限制到最小。

对重要的关键参数，应采用三重冗余变送器测量，系统应自动选择终值作为被控量，且具备手动逻辑转换功能

开关量控制和顺序控制

为保证机组在启、停时操作人员的常规操作最少，需设计子组级设计功能并保持各子组的启、停独立进行，且状态、启动许可条件、操作顺序和运行方式均应显示在画面上。

在顺序启动期间任何故障均可显示并打印，

公共设备控制系统

公共设备即服务于多台单元机组、炉、电主机系统，需要多台单元机组DCS监视和操作设备，它可设计为一套独立的DCS，配置完整的DPU和人机界面，公共控制系统通过通用协议进行数据通信。

不设置独立的人机界面时，应具备独立的通信网段，应通过可隔离的网路开关或路由器管理系统与相关联的主系统DCS冗余通信，应符合：相关联的任一主系统均能够采集和利用公共系统控制数据，任何主系统相关联的人机界面均能够控制和操作公共系统设备，但在同一时刻只有一侧主控系统获得控制权，另一侧不应具备发出指令的权力;与公共系统相关联的任何一侧主系统故障或停运，应不影响另一侧主系统对公用控制系统的监视和控制。

b.硬件和系统软件要求，包括：

基本要求

环境条件，温度范围+5度～+40度，空调室内。-25度～+55度无空调。湿度范围90%～96%，振动频率10Hz-150Hz，电磁兼容性电子间工业2级，工业现场工业3级，共模抑制比应不小于90dB，串模抑制比应不小于50Db。

柜内模件应能带电插拔，互不影响，模件故障损坏不影响其它，DCS应能诊断模件级故障报警及通道级故障。

通信网络

网络机构推荐分为主控通信级和I/O级，采用现场总线技术的系统可增加现场设备级。

单元机组主控网络应相对独立，各DPU的I/O串行通信总线应冗余配置。

多机组公用的设备和系统可设计公用控制系统主控网络，并有可靠的访问限制机制。

设备通信网络应符合IEC61158现场总线的国际标准网络结构和标准协议，互为冗余的仪表和设备应配置不同网段。

主控通讯网络节点小于100m可采用通信电缆，大于100m，需要采用光纤。且各通信通道应有自诊断和报警功能。

主控以太网节点通信速率应达到100Mbit/s，I/O 串行通信不低于1Mbit/s，并行不低于 256 kByte/s.

电源

分布式控制站电源（DPU）应保证控制单元，模件，驱动器件冗余供电，且能向HMI 发送诊断信息和故障报警，整个DPU应有自保护功能，不应因局部故障造成整个DPU系统故障。

HMI应能接受外部电源供电，且冗余供电，并配备UPS，以保证外部电源失效后15分钟的供电。

控制处理器

控制处理器CP，模拟量扫描周期应为250ms，快速处理回路为125ms，慢周期为500ms-750ms;数字量扫描周期应为100ms，汽轮机保护应不大于50ms，执行汽轮机超速限制和超速保护扫描周期不大于20ms.在最大负荷运行时，符合率应不超过60%。

使用存储器应保证无电的情况下至少三个月的组态数据不丢失，使用后备电池应保证更换电池时数据不丢。

电源故障应属系统可恢复性故障，一旦重新受电，CP应能自动恢复正常无需运行人员任何干预。

应能在线修改PID、延时、脉冲宽度时间、允许调整的量程和状态等可调整参数，具有在线强制的功能，应能全部实现。

过程输入输出

应具备信号处理、自诊断、I/O模件采集速度要求（一般数字10次/秒，模拟4次/秒）、长期运行零漂和增益稳定性要求、抗冲击电压要求、过负荷要求、

各通道及电源应相互隔离要求、精准度要求（AI 0.1%-0.2%，AO 0.25%，）、I/O  模件應能在线插拔、自动识别、自动恢复、自动下载组态。

人机接口

应采用优质计算机或个人计算机，硬盘要至少保存30天以上的数据，最好能扩展到存贮90天的数据，宜采用开放标注的操作系统，宜采用实时数据库管理电厂工艺过程中的实时数据。

单台服务器运行时，平均符合率不应超过40%。各服务器应是主控网络上的独立节点，且各服务器应能相互冗余。任何显示器画面应能在2s的时间内完全显示出来，所有显示数据应能每1秒更新一次，任一画面调用击键次数不超过3次，应涵盖误操作系统拒绝响应的功能。

大屏显示器应具备有防止长期显示静止画面损害屏幕的功能，核心部件寿命应达到10万小时以上，连续24小时工作。

外围设备

操作台台面不反光，空间应充分，颜色柔和，无油漆瑕疵，铁质柜子边缘应无倒刺、挂漆等瑕疵。

打印机数量、配置应与工作站匹配，具备打印组态图、数据表等功能。

重要保护系统继电器宜采用独立冗余继电器。

GPS 时钟同步装置应能全厂公用，时间输出误差不应超过1微妙，宜在每隔1-5分钟同步一次，且兼容DCS系统，应具备后备电池，并至少维持GPS存储器和接收器一个月的工作时间，并具备故障报警输出功能。

机柜和接地

机柜的防护等级应符合室内室外的要求，以签订的技术协议为准及国标4208。

机柜的油漆颜色应符合技术协议要求，无瑕疵，无色差，润滑。

机柜内强弱电端子排应分开，模拟量信号应加屏蔽端子，所有柜体内元器件标识应符合图纸要求。

控制电缆、信号电缆的线径应符合要求，盘柜内部元件布局合理。

DCS 应不要单独的接地网，各电子机柜应有独立的安全地、屏蔽地和接地铜排，电缆屏蔽层应在机柜侧单独接地。

4.结束语

由于中国“一带一路”火电项目总包较多，国外项目对DCS 的系统的软硬件、验收标准有相当高的要求，很多项目都要求适用IEC标准、IEEEE、ELA-232/485、ANSI标准等。对国内DCS系统集成相关行业带来了更多机遇，给很多方向的技术水平带来了极大的提升，包括软件组态、硬件生产工艺、柜体制造工艺、电缆应用的工艺、运输包装的措施、储藏防护的工艺等。

参考文献：

【1】颜渝坪、陈慧慧、王利国 火力发电厂分散控制系统技术条件 2008.11.01

【2】周明、张秋生、宁立明、薛建中 火力发电厂分散控制系统验收导则 2014.4