火力發電廠DCS控制系統的出廠測試條件分析

李繼強

摘要：火力發電廠的DCS系統是以計算機，通信網絡和電子模件組成、對電廠各工藝過程進行控制，監視的系統，涵蓋硬件、軟件及其應用功能。

關鍵詞：一帶一路、軟件、DCS、模擬量、開關量、通信網絡、控制處理器、過程輸入輸出、人機接口、數據采集和人機界面

內容：

1.隨著“一帶一路“的戰略延伸，很多國家已經加入，印尼、菲律賓等國家相繼引進了多套由中國總包建設的火力發電廠。而以計算機、通信和屏幕顯示技術為基礎，實現對生產過程中的數據采集、控制和保護功能，并實現數據共享的多計算機監控系統對實現發電廠的智能化管理尤為重要。

2.DCS 系統的主要特點為功能分散、操作顯示集中、數據共享、以I/O 卡件為信號傳遞模塊（根據生產過程需要可以做到硬件布置的分散）。

3.出廠驗收基本要求及注意事項

a. 應用功能要求，包括：

軟件安裝檢查驗收

各操作員站、工程師站、各服務器的軟件版本應符合合同要求。

軟件正版且有使用許可證。

軟件全部功能測試正常，最新版本的系統軟件應能兼容早期版本的軟件。

數據采集和人機界面

此處應該按照電廠工藝系統設計要求，對所有已設計測點信號進行連續采集和處理，并存儲在實時和歷史數據庫中實現DCS的信息共享。

操作站應設計足夠的人機界面功能，使運行人員能夠實時監控機組，工藝系統和設備故障。至少涵蓋如下信息：

顯示：工藝流程圖、趨勢、組成參數、報警顯示。

記錄：SOE、事故追憶、操作、事件等記錄。

制表：班報表、月報表、用戶定義的報表。

歷史數據存儲和檢索。

工程師站應設計權限管理，管理員級、工程師級、操作員級別，以便運行人員監控。

模擬量控制

模擬量控制系統宜劃分為若干子系統，各個子系統應遵守“獨立完整”的原則，以保證主控通信網絡上的交換量最少。宜采用閉環控制，并能自動補償與修正。并應有連鎖保護功能。

冗余組態控制系統局部故障時，不應引起機組危機狀態，并將這一影響限制到最小。

對重要的關鍵參數，應采用三重冗余變送器測量，系統應自動選擇終值作為被控量，且具備手動邏輯轉換功能

開關量控制和順序控制

為保證機組在啟、停時操作人員的常規操作最少，需設計子組級設計功能并保持各子組的啟、停獨立進行，且狀態、啟動許可條件、操作順序和運行方式均應顯示在畫面上。

在順序啟動期間任何故障均可顯示并打印，

公共設備控制系統

公共設備即服務于多臺單元機組、爐、電主機系統，需要多臺單元機組DCS監視和操作設備，它可設計為一套獨立的DCS，配置完整的DPU和人機界面，公共控制系統通過通用協議進行數據通信。

不設置獨立的人機界面時，應具備獨立的通信網段，應通過可隔離的網路開關或路由器管理系統與相關聯的主系統DCS冗余通信，應符合：相關聯的任一主系統均能夠采集和利用公共系統控制數據，任何主系統相關聯的人機界面均能夠控制和操作公共系統設備，但在同一時刻只有一側主控系統獲得控制權，另一側不應具備發出指令的權力;與公共系統相關聯的任何一側主系統故障或停運，應不影響另一側主系統對公用控制系統的監視和控制。

b.硬件和系統軟件要求，包括：

基本要求

環境條件，溫度范圍+5度～+40度，空調室內。-25度～+55度無空調。濕度范圍90%～96%，振動頻率10Hz-150Hz，電磁兼容性電子間工業2級，工業現場工業3級，共模抑制比應不小于90dB，串模抑制比應不小于50Db。

柜內模件應能帶電插拔，互不影響，模件故障損壞不影響其它，DCS應能診斷模件級故障報警及通道級故障。

通信網絡

網絡機構推薦分為主控通信級和I/O級，采用現場總線技術的系統可增加現場設備級。

單元機組主控網絡應相對獨立，各DPU的I/O串行通信總線應冗余配置。

多機組公用的設備和系統可設計公用控制系統主控網絡，并有可靠的訪問限制機制。

設備通信網絡應符合IEC61158現場總線的國際標準網絡結構和標準協議，互為冗余的儀表和設備應配置不同網段。

主控通訊網絡節點小于100m可采用通信電纜，大于100m，需要采用光纖。且各通信通道應有自診斷和報警功能。

主控以太網節點通信速率應達到100Mbit/s，I/O 串行通信不低于1Mbit/s，并行不低于 256?kByte/s.

電源

分布式控制站電源（DPU）應保證控制單元，模件，驅動器件冗余供電，且能向HMI 發送診斷信息和故障報警，整個DPU應有自保護功能，不應因局部故障造成整個DPU系統故障。

HMI應能接受外部電源供電，且冗余供電，并配備UPS，以保證外部電源失效后15分鐘的供電。

控制處理器

控制處理器CP，模擬量掃描周期應為250ms，快速處理回路為125ms，慢周期為500ms-750ms;數字量掃描周期應為100ms，汽輪機保護應不大于50ms，執行汽輪機超速限制和超速保護掃描周期不大于20ms.在最大負荷運行時，符合率應不超過60%。

使用存儲器應保證無電的情況下至少三個月的組態數據不丟失，使用后備電池應保證更換電池時數據不丟。

電源故障應屬系統可恢復性故障，一旦重新受電，CP應能自動恢復正常無需運行人員任何干預。

應能在線修改PID、延時、脈沖寬度時間、允許調整的量程和狀態等可調整參數，具有在線強制的功能，應能全部實現。

過程輸入輸出

應具備信號處理、自診斷、I/O模件采集速度要求（一般數字10次/秒，模擬4次/秒）、長期運行零漂和增益穩定性要求、抗沖擊電壓要求、過負荷要求、

各通道及電源應相互隔離要求、精準度要求（AI 0.1%-0.2%，AO 0.25%，）、I/O ?模件應能在線插拔、自動識別、自動恢復、自動下載組態。

人機接口

應采用優質計算機或個人計算機，硬盤要至少保存30天以上的數據，最好能擴展到存貯90天的數據，宜采用開放標注的操作系統，宜采用實時數據庫管理電廠工藝過程中的實時數據。

單臺服務器運行時，平均符合率不應超過40%。各服務器應是主控網絡上的獨立節點，且各服務器應能相互冗余。任何顯示器畫面應能在2s的時間內完全顯示出來，所有顯示數據應能每1秒更新一次，任一畫面調用擊鍵次數不超過3次，應涵蓋誤操作系統拒絕響應的功能。

大屏顯示器應具備有防止長期顯示靜止畫面損害屏幕的功能，核心部件壽命應達到10萬小時以上，連續24小時工作。

外圍設備

操作臺臺面不反光，空間應充分，顏色柔和，無油漆瑕疵，鐵質柜子邊緣應無倒刺、掛漆等瑕疵。

打印機數量、配置應與工作站匹配，具備打印組態圖、數據表等功能。

重要保護系統繼電器宜采用獨立冗余繼電器。

GPS 時鐘同步裝置應能全廠公用，時間輸出誤差不應超過1微妙，宜在每隔1-5分鐘同步一次，且兼容DCS系統，應具備后備電池，并至少維持GPS存儲器和接收器一個月的工作時間，并具備故障報警輸出功能。

機柜和接地

機柜的防護等級應符合室內室外的要求，以簽訂的技術協議為準及國標4208。

機柜的油漆顏色應符合技術協議要求，無瑕疵，無色差，潤滑。

機柜內強弱電端子排應分開，模擬量信號應加屏蔽端子，所有柜體內元器件標識應符合圖紙要求。

控制電纜、信號電纜的線徑應符合要求，盤柜內部元件布局合理。

DCS 應不要單獨的接地網，各電子機柜應有獨立的安全地、屏蔽地和接地銅排，電纜屏蔽層應在機柜側單獨接地。

4.結束語

由于中國“一帶一路”火電項目總包較多，國外項目對DCS 的系統的軟硬件、驗收標準有相當高的要求，很多項目都要求適用IEC標準、IEEEE、ELA-232/485、ANSI標準等。對國內DCS系統集成相關行業帶來了更多機遇，給很多方向的技術水平帶來了極大的提升，包括軟件組態、硬件生產工藝、柜體制造工藝、電纜應用的工藝、運輸包裝的措施、儲藏防護的工藝等。

參考文獻：

【1】顏渝坪、陳慧慧、王利國 火力發電廠分散控制系統技術條件 2008.11.01

【2】周明、張秋生、寧立明、薛建中 火力發電廠分散控制系統驗收導則 2014.4