控制系統驗收與測試過程的探討①

李興候 王永波

(中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司)

控制系統驗收與測試過程的探討①

李興候 王永波

(中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司)

主要探討控制系統驗收測試的要求，包括工作內容、涉及的各參與方及其責任、文檔要求及各測試階段的主要目標等。

DCS 驗收測試 工作內容 責任

控制系統在石油工業生產過程中被廣泛使用，它通過對現場一次端檢測儀表和執行機構的監測、控制，完成對整個生產過程的監控。隨著控制系統的不斷引進與升級，企業設備的自動化水平逐漸提高，整個生產過程對控制系統依賴性非常大。因此，細致嚴謹的控制系統驗收測試非常重要。筆者參考國內外多個項目的經驗，從控制系統各參與方責任與范圍、文檔要求及各階段驗收與測試任務等不同角度出發對控制系統的驗收與測試進行闡述。

1 概述

整個控制系統集成了控制(DCS)、安全(SIS)和信息系統。系統由工作站、服務器、交換機、路由器及控制器等組成3個相互聯系的網絡(過程信息網、控制網和安全網)?？刂葡到y的完整性和可靠性很重要，與系統驗收測試息息相關，因此需要從總體策略、原理、先決條件及主要任務等角度出發考慮系統的驗收與測試。

控制系統驗收與測試環節的多少通常與控制系統的大小與復雜性有關，一般必不可少的環節包括FHT(Factory Hardware Inspection/Testing)、FAT(Factory Acceptance Test)、SIFT(System Integration Functional Test)和SAT(Site Acceptance Test)。系統的構成和測試范圍如圖1所示。

圖1 系統的構成和測試范圍

2 各參與方責任與范圍

控制系統驗收測試涉及多方參與，各參與方的角色可以分為組織方、參與方和見證方。通常情況下，控制系統廠商充當組織方角色，對控制系統的FHT、FAT、SIFT編制計劃和執行測試；針對特定的遠程儀表間子系統，工程承包商參與測試，充當參與方角色；工程承包商和設計代表見證測試，充當見證方角色。

2.1 組織方

組織方的責任與范圍為：

a. 驗收測試的計劃、安排、執行、記錄和簽署；

b. 確保驗收測試前完成預測試，預測試報告提交設計方；

c. 證明組織方的硬件和軟件功能滿足技術要求；

d. 按照設計輸入條件對DCS、SIS或者子系統完成設置；

e. 確保用于測試的所有要求文檔可用；

f. 確保系統硬件和軟件齊全，系統具備測試條件；

g. 確保能夠有充分的技術支持，以免影響驗收測試進程；

h. 確保所有錯誤和不足記錄于系統共用數據庫，要求操作分配到個人，同時指定截止日期并在截止日期前消除所有錯誤和不足。

2.2 參與方

參與方的責任與范圍為：

a. 協助和支持組織方，設備及其相關的技術文檔通常由參與方提供；

b. 確保所有參與方用于測試的文檔可用；

c. 確保參與方能夠提供充分的技術支持，以免影響測試進程；

d. 支持組織方確保所有錯誤和不足記錄于系統共用數據庫，要求操作分配到個人，同時規定截止日期，并在截止日期前消除所有錯誤和不足。

2.3 見證方

見證方的責任與范圍為：

a. 確保熟悉預測試報告、測試程序、設計輸入和測試范圍；

b. 確保所有錯誤和不足記錄于系統共用數據庫，要求操作分配到個人，同時指定截止日期并在截止日期前改正所有錯誤和不足；

c. 簽署測試，確認按照測試程序正確填寫測試清單并記錄錯誤和不足。

3 文檔要求

文檔是系統驗收測試過程中必不可少的一個組成部分。系統驗收測試的文檔要求提供缺陷跟蹤系統記錄、預測試完成記錄、問題解決記錄、變更控制記錄、測試狀態和進展報告、質量保證、測試記錄和最后的測試報告的文檔，具體說明如下：

a. 缺陷跟蹤系統記錄。記錄驗收測試過程中遇到的缺陷和對應的糾正信息，數據錄入至少應該包括缺陷發現的時間、缺陷編號、修改描述、采取動作描述、完成狀態和確認完成狀態。

b. 預測試完成記錄。在預測試期間，組織方確定和記錄所有遇到的缺陷，每個缺陷定義一個嚴重性評級，一般分為輕微和嚴重兩種類型。輕微缺陷在測試過程中直接糾正，嚴重缺陷首先記錄，創建修改計劃并約定到期日期。

c. 問題解決記錄。對于系統集成測試，控制系統廠商需要測試驗證第三方設備的子系統是否集成到整個系統里來，如果在集成測試期間，集成出現問題，各方應注意并暫停測試，分析問題的影響和可能的解決路徑。

d. 變更控制記錄。驗收測試期間，文檔、圖紙、電子文件、系統設置和圖形的變更通常有兩類，糾正缺陷導致的變更和增加工作量或者信息引起的變更。

e. 測試狀態和進展報告。各個階段的驗收測試都要求提供。

f. 質量保證、測試記錄和最后的測試報告。各個階段的驗收測試都要求提供。

4 驗收與測試

在控制系統出廠前，根據采購文件確定的時間，由供、需雙方對控制系統進行測試和驗收，以驗證控制系統是否符合技術協議的要求。圖2總結了各測試階段的發生順序[1]。

圖2 各測試階段的發生順序

在測試進行之前，供、需雙方要準備好相關文件以備使用。用戶準備的文件包括[2]：

b. 已簽協議，如《技術協議》、《開工會議紀要》等；

c. 設計圖紙，如儀表索引表、控制說明、聯鎖邏輯圖、報警信息表及流程圖等；

d. 上、下位機組態的用戶要求，如操作畫面的背景色、設備狀態的色變、數值的有效數字及報警信息的色變等；

e. 用戶的特殊要求，如控制機柜安裝帶4～20mA輸出的溫/濕度儀、電源柜配置3路220V(AC)電流電壓表、機柜的單/雙開及硬件布置方向等。

供貨商準備的文件包括系統文件(如I/O清單、系統設計說明、供電回路圖、機柜布置圖、接線圖、通信地址表及系統工程圖等)、出廠驗收程序、內部測試報告和FAT時間進度表。

4.1 FHT

FHT的目的是驗證整個系統的通信、網絡和基礎架構；以系統結構圖、料單和盤柜圖為基礎的DCS和SIS硬件安裝；與采購清單匹配的安裝料單和整個通信網的無障礙運行。鑒于距離的限制，現場的整個光纖通信架構無法在工廠里搭建，通常在工廠里使用相似的光纖通信模擬現場的情況以驗證網絡通信。

FHT主要測試4個方面：盤柜、網絡、控制器和控制臺、工作站。主要測試細節如下：

a. 主要盤柜測試。物料清單，總體布置，電線/電纜管理，配電、接地的完整性。

b. 主要網絡測試。驗證所有節點的IP地址，驗證系統狀態指示，網絡交換機設置，檢查看門狗，檢查自動切換/冗余電纜或者交換機失效，網絡負載測試，光纖轉換，所有網絡的電纜冗余檢查。

c. 主要控制器測試。確認成功上電，確認成功自動切換冗余/主控制器或者供電失效。

d. 主要控制臺和工作站。確認成功上電，確認DCS、SIS應用軟件成功下載，確認按照軟件許可協議安裝軟件。

4.2 FAT

FAT主要檢查DCS系統柜和Marshalling柜，SIS系統柜和Marshalling柜。FAT依據批準的規格書、圖紙和材料清單檢查包括：硬件設備，盤柜、控制器、I/O載體、電線、電纜和端子的規范標識，接線連續性，正確的位號描述和I/O分配。FAT測試如下：

a. DCS系統柜和Marshalling柜。驗證I/O模塊的現場側至DCS設備信號標記的信號通道，驗證I/O模塊功能，驗證I/O分配，驗證組態變送器的模型和描述設置，驗證組態設備報警設置，確認Marshalling柜到DCS系統柜點對點接線與規范標識。

b. SIS系統柜和Marshalling柜。驗證I/O數據庫，驗證I/O卡，驗證I/O分配，確認Marshalling柜到SIS系統柜點對點接線與規范標識。

4.3 SIFT

SIFT主要測試系統性能和功能方面，測試各個子系統連接成一個整體后能否正常運行，測試圖形、圖形導航、旁路、聯鎖及控制策略等的設置和功能。SIFT主要分成3個測試類別：SIFT-1，單獨DCS、SIS和子系統配置和圖形測試；SIFT-2，OPC(Open Protocol Communication)測試；SIFT-3，DCS、SIS和子系統集成測試。SIFT測試如下：

a. SIFT-1。單獨DCS、SIS和子系統控制器功能驗證、I/O 100%模擬，工程測試(配置比較)包括比較設計輸入條件要求的設定參數和數值與在DCS或者SIS設定的實際值，操作測試(性能和功能)包括驗證邏輯和控制策略，測試圖形導航，測試符合設計輸入條件的圖形功能。

b. SIFT-2。驗證OPC通信，OPC數據交換和DCS、SIS子系統和各類應用的一體化。

c. SIFT-3。驗證配置的DCS通信模塊，包括子系統地址、波特率等；驗證實際SIS、子系統存儲映射和DCS登錄模塊的無縫集成；驗證圖形功能、旁路、重置、量程及報警等。

4.4 SAT

在DCS系統運抵買家的現場并完成安裝后，SAT測試的目的是重新驗證整個系統的通信、網絡和基礎架構功能是否正常。通常，FHT后，系統的大部分會斷開連接，所以到現場后SAT的第1步就是重新驗證安裝的系統與連接的網絡，驗證過程信息網、過程控制網及安全網等。SAT測試的內容和FHT的一樣，同時SAT測試整個系統之前沒有進行測試的部分。例如，對于之前FAT未進行的系統柜和Marshalling柜的點對點接線，在現場需要SAT。

5 結束語

經驗表明，業主、總承包商和分包商常通過耗時巨大的討論協商來分清各自承擔的責任，為了縮短工期和提高驗收質量，對各方的職責和驗收內容進行了探討，在實踐中，發現行之有效。一套合格的控制系統，出場驗收測試必須由用戶、供應商等各方的技術人員抱著嚴謹的工作態度，齊心協力地完成，才能保證裝置一次投產成功并且長期平穩安全運行。

[1] GB/T 25928-2010，出廠驗收測試(FAT)、現場驗收測試(SAT)、現場綜合測試(SIT)規范[S].北京：中國標準出版社，2010.

[2] 田得旺，呂建萍，龔紅梅.控制系統的出廠驗收測試[J].化工自動化及儀表，2013，40(1)：122～125，130.

ProcessDiscussionofAcceptanceandTestforControlSystem

LI Xing-hou, WANG Yong-bo

(BeijingBranchCompany,ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd.)

The requirements of DCS acceptance and test were discussed, which covers work scope and responsibilities of all parties involved and the documents for testing and the major tasks for each test stage.

DCS acceptance and test, work scope, responsibilities

李興候(1985-)，工程師，從事自動化控制設計工作，lixinghouwork@163.com。

TH165+.2

B

1000-3932(2017)03-0297-04

1000-3932(2013)01-0122-05施工及驗收規范》(GB 50093-2002)、《石油化工儀表供電設計規范》(SH 3082-2003T)、《石油化工分散控制系統設計規范》(SH 3092-1999T)及《出廠驗收測試(FAT)、現場驗收測試(SAT)、現場綜合測試(SIT)規范》(GB/T 25928-2010)等；

2016-07-08)