火力發(fā)電廠DCS控制系統(tǒng)的出廠測試條件分析

李繼強

摘要：火力發(fā)電廠的DCS系統(tǒng)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(jiān)視的系統(tǒng)，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(shù)據采集和人機界面

內容：

1.隨著“一帶一路“的戰(zhàn)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(fā)電廠。而以計算機、通信和屏幕顯示技術為基礎，實現(xiàn)對生產過程中的數(shù)據采集、控制和保護功能，并實現(xiàn)數(shù)據共享的多計算機監(jiān)控系統(tǒng)對實現(xiàn)發(fā)電廠的智能化管理尤為重要。

2.DCS 系統(tǒng)的主要特點為功能分散、操作顯示集中、數(shù)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(tǒng)軟件應能兼容早期版本的軟件。

數(shù)據采集和人機界面

此處應該按照電廠工藝系統(tǒng)設計要求，對所有已設計測點信號進行連續(xù)采集和處理，并存儲在實時和歷史數(shù)據庫中實現(xiàn)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(jiān)控機組，工藝系統(tǒng)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(shù)、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(shù)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(jiān)控。

模擬量控制

模擬量控制系統(tǒng)宜劃分為若干子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)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(huán)控制，并能自動補償與修正。并應有連鎖保護功能。

冗余組態(tài)控制系統(tǒng)局部故障時，不應引起機組危機狀態(tài)，并將這一影響限制到最小。

對重要的關鍵參數(shù)，應采用三重冗余變送器測量，系統(tǒng)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(guī)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(tài)、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(tǒng)

公共設備即服務于多臺單元機組、爐、電主機系統(tǒng)，需要多臺單元機組DCS監(jiān)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(tǒng)通過通用協(xié)議進行數(shù)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(tǒng)與相關聯(lián)的主系統(tǒng)DCS冗余通信，應符合：相關聯(lián)的任一主系統(tǒng)均能夠采集和利用公共系統(tǒng)控制數(shù)據，任何主系統(tǒng)相關聯(lián)的人機界面均能夠控制和操作公共系統(tǒng)設備，但在同一時刻只有一側主控系統(tǒng)獲得控制權，另一側不應具備發(fā)出指令的權力;與公共系統(tǒng)相關聯(lián)的任何一側主系統(tǒng)故障或停運，應不影響另一側主系統(tǒng)對公用控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。

b.硬件和系統(tǒng)軟件要求，包括：

基本要求

環(huán)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(yè)2級，工業(yè)現(xiàn)場工業(yè)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(xiàn)場總線技術的系統(tǒng)可增加現(xiàn)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(tǒng)可設計公用控制系統(tǒng)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(xiàn)場總線的國際標準網絡結構和標準協(xié)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(jié)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(jié)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(fā)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(tǒng)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(shù)字量掃描周期應為100ms，汽輪機保護應不大于50ms，執(zhí)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(tài)數(shù)據不丟失，使用后備電池應保證更換電池時數(shù)據不丟。

電源故障應屬系統(tǒng)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(tài)等可調整參數(shù)，具有在線強制的功能，應能全部實現(xiàn)。

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(shù)字10次/秒，模擬4次/秒）、長期運行零漂和增益穩(wěn)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(tài)。

人機接口

應采用優(yōu)質計算機或個人計算機，硬盤要至少保存30天以上的數(shù)據，最好能擴展到存貯90天的數(shù)據，宜采用開放標注的操作系統(tǒng)，宜采用實時數(shù)據庫管理電廠工藝過程中的實時數(shù)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(jié)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(shù)據應能每1秒更新一次，任一畫面調用擊鍵次數(shù)不超過3次，應涵蓋誤操作系統(tǒng)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(xù)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(shù)量、配置應與工作站匹配，具備打印組態(tài)圖、數(shù)據表等功能。

重要保護系統(tǒng)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(tǒng)，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(xié)議為準及國標4208。

機柜的油漆顏色應符合技術協(xié)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(tǒng)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(tǒng)集成相關行業(yè)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(tài)、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(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術條件 2008.11.01

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