李繼強(qiáng)

摘要：火力發(fā)電廠的DCS系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)，通信網(wǎng)絡(luò)和電子模件組成、對(duì)電廠各工藝過(guò)程進(jìn)行控制，監(jiān)視的系統(tǒng)，涵蓋硬件、軟件及其應(yīng)用功能。

關(guān)鍵詞：一帶一路、軟件、DCS、模擬量、開(kāi)關(guān)量、通信網(wǎng)絡(luò)、控制處理器、過(guò)程輸入輸出、人機(jī)接口、數(shù)據(jù)采集和人機(jī)界面

內(nèi)容：

1.隨著“一帶一路“的戰(zhàn)略延伸，很多國(guó)家已經(jīng)加入，印尼、菲律賓等國(guó)家相繼引進(jìn)了多套由中國(guó)總包建設(shè)的火力發(fā)電廠。而以計(jì)算機(jī)、通信和屏幕顯示技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、控制和保護(hù)功能，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的多計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)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(diǎn)為功能分散、操作顯示集中、數(shù)據(jù)共享、以I/O 卡件為信號(hào)傳遞模塊（根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程需要可以做到硬件布置的分散）。

3.出廠驗(yàn)收基本要求及注意事項(xiàng)

a. 應(yīng)用功能要求，包括：

軟件安裝檢查驗(yàn)收

各操作員站、工程師站、各服務(wù)器的軟件版本應(yīng)符合合同要求。

軟件正版且有使用許可證。

軟件全部功能測(cè)試正常，最新版本的系統(tǒng)軟件應(yīng)能兼容早期版本的軟件。

數(shù)據(jù)采集和人機(jī)界面

此處應(yīng)該按照電廠工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)所有已設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采集和處理，并存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)DCS的信息共享。

操作站應(yīng)設(shè)計(jì)足夠的人機(jī)界面功能，使運(yùn)行人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控機(jī)組，工藝系統(tǒng)和設(shè)備故障。至少涵蓋如下信息：

顯示：工藝流程圖、趨勢(shì)、組成參數(shù)、報(bào)警顯示。

記錄：SOE、事故追憶、操作、事件等記錄。

制表：班報(bào)表、月報(bào)表、用戶定義的報(bào)表。

歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。

工程師站應(yīng)設(shè)計(jì)權(quán)限管理，管理員級(jí)、工程師級(jí)、操作員級(jí)別，以便運(yùn)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(gè)子系統(tǒng)應(yīng)遵守“獨(dú)立完整”的原則，以保證主控通信網(wǎng)絡(luò)上的交換量最少。宜采用閉環(huán)控制，并能自動(dòng)補(bǔ)償與修正。并應(yīng)有連鎖保護(hù)功能。

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

對(duì)重要的關(guān)鍵參數(shù)，應(yīng)采用三重冗余變送器測(cè)量，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)選擇終值作為被控量，且具備手動(dòng)邏輯轉(zhuǎn)換功能

開(kāi)關(guān)量控制和順序控制

為保證機(jī)組在啟、停時(shí)操作人員的常規(guī)操作最少，需設(shè)計(jì)子組級(jí)設(shè)計(jì)功能并保持各子組的啟、停獨(dú)立進(jìn)行，且狀態(tài)、啟動(dòng)許可條件、操作順序和運(yùn)行方式均應(yīng)顯示在畫面上。

在順序啟動(dòng)期間任何故障均可顯示并打印，

公共設(shè)備控制系統(tǒng)

公共設(shè)備即服務(wù)于多臺(tái)單元機(jī)組、爐、電主機(jī)系統(tǒng)，需要多臺(tái)單元機(jī)組DCS監(jiān)視和操作設(shè)備，它可設(shè)計(jì)為一套獨(dú)立的DCS，配置完整的DPU和人機(jī)界面，公共控制系統(tǒng)通過(guò)通用協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

不設(shè)置獨(dú)立的人機(jī)界面時(shí)，應(yīng)具備獨(dú)立的通信網(wǎng)段，應(yīng)通過(guò)可隔離的網(wǎng)路開(kāi)關(guān)或路由器管理系統(tǒng)與相關(guān)聯(lián)的主系統(tǒng)DCS冗余通信，應(yīng)符合：相關(guān)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(jù)，任何主系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的人機(jī)界面均能夠控制和操作公共系統(tǒng)設(shè)備，但在同一時(shí)刻只有一側(cè)主控系統(tǒng)獲得控制權(quán)，另一側(cè)不應(yīng)具備發(fā)出指令的權(quán)力;與公共系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的任何一側(cè)主系統(tǒng)故障或停運(yùn)，應(yīng)不影響另一側(cè)主系統(tǒng)對(duì)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(diào)室內(nèi)。-25度～+55度無(wú)空調(diào)。濕度范圍90%～96%，振動(dòng)頻率10Hz-150Hz，電磁兼容性電子間工業(yè)2級(jí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)3級(jí)，共模抑制比應(yīng)不小于90dB，串模抑制比應(yīng)不小于50Db。

柜內(nèi)模件應(yīng)能帶電插拔，互不影響，模件故障損壞不影響其它，DCS應(yīng)能診斷模件級(jí)故障報(bào)警及通道級(jí)故障。

通信網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)推薦分為主控通信級(jí)和I/O級(jí)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的系統(tǒng)可增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)。

單元機(jī)組主控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，各DPU的I/O串行通信總線應(yīng)冗余配置。

多機(jī)組公用的設(shè)備和系統(tǒng)可設(shè)計(jì)公用控制系統(tǒng)主控網(wǎng)絡(luò)，并有可靠的訪問(wèn)限制機(jī)制。

設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)符合IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，互為冗余的儀表和設(shè)備應(yīng)配置不同網(wǎng)段。

主控通訊網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(yīng)有自診斷和報(bào)警功能。

主控以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信速率應(yīng)達(dá)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(yīng)保證控制單元，模件，驅(qū)動(dòng)器件冗余供電，且能向HMI 發(fā)送診斷信息和故障報(bào)警，整個(gè)DPU應(yīng)有自保護(hù)功能，不應(yīng)因局部故障造成整個(gè)DPU系統(tǒng)故障。

HMI應(yīng)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(yīng)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(yīng)為100ms，汽輪機(jī)保護(hù)應(yīng)不大于50ms，執(zhí)行汽輪機(jī)超速限制和超速保護(hù)掃描周期不大于20ms.在最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，符合率應(yīng)不超過(guò)60%。

使用存儲(chǔ)器應(yīng)保證無(wú)電的情況下至少三個(gè)月的組態(tài)數(shù)據(jù)不丟失，使用后備電池應(yīng)保證更換電池時(shí)數(shù)據(jù)不丟。

電源故障應(yīng)屬系統(tǒng)可恢復(fù)性故障，一旦重新受電，CP應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)正常無(wú)需運(yùn)行人員任何干預(yù)。

應(yīng)能在線修改PID、延時(shí)、脈沖寬度時(shí)間、允許調(diào)整的量程和狀態(tài)等可調(diào)整參數(shù)，具有在線強(qiáng)制的功能，應(yīng)能全部實(shí)現(xiàn)。

過(guò)程輸入輸出

應(yīng)具備信號(hào)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(zhǎng)期運(yùn)行零漂和增益穩(wěn)定性要求、抗沖擊電壓要求、過(guò)負(fù)荷要求、

各通道及電源應(yīng)相互隔離要求、精準(zhǔn)度要求（AI 0.1%-0.2%，AO 0.25%，）、I/O ?模件應(yīng)能在線插拔、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)恢復(fù)、自動(dòng)下載組態(tài)。

人機(jī)接口

應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)計(jì)算機(jī)或個(gè)人計(jì)算機(jī)，硬盤要至少保存30天以上的數(shù)據(jù)，最好能擴(kuò)展到存貯90天的數(shù)據(jù)，宜采用開(kāi)放標(biāo)注的操作系統(tǒng)，宜采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理電廠工藝過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

單臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行時(shí)，平均符合率不應(yīng)超過(guò)40%。各服務(wù)器應(yīng)是主控網(wǎng)絡(luò)上的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)，且各服務(wù)器應(yīng)能相互冗余。任何顯示器畫面應(yīng)能在2s的時(shí)間內(nèi)完全顯示出來(lái)，所有顯示數(shù)據(jù)應(yīng)能每1秒更新一次，任一畫面調(diào)用擊鍵次數(shù)不超過(guò)3次，應(yīng)涵蓋誤操作系統(tǒng)拒絕響應(yīng)的功能。

大屏顯示器應(yīng)具備有防止長(zhǎng)期顯示靜止畫面損害屏幕的功能，核心部件壽命應(yīng)達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上，連續(xù)24小時(shí)工作。

外圍設(shè)備

操作臺(tái)臺(tái)面不反光，空間應(yīng)充分，顏色柔和，無(wú)油漆瑕疵，鐵質(zhì)柜子邊緣應(yīng)無(wú)倒刺、掛漆等瑕疵。

打印機(jī)數(shù)量、配置應(yīng)與工作站匹配，具備打印組態(tài)圖、數(shù)據(jù)表等功能。

重要保護(hù)系統(tǒng)繼電器宜采用獨(dú)立冗余繼電器。

GPS 時(shí)鐘同步裝置應(yīng)能全廠公用，時(shí)間輸出誤差不應(yīng)超過(guò)1微妙，宜在每隔1-5分鐘同步一次，且兼容DCS系統(tǒng)，應(yīng)具備后備電池，并至少維持GPS存儲(chǔ)器和接收器一個(gè)月的工作時(shí)間，并具備故障報(bào)警輸出功能。

機(jī)柜和接地

機(jī)柜的防護(hù)等級(jí)應(yīng)符合室內(nèi)室外的要求，以簽訂的技術(shù)協(xié)議為準(zhǔn)及國(guó)標(biāo)4208。

機(jī)柜的油漆顏色應(yīng)符合技術(shù)協(xié)議要求，無(wú)瑕疵，無(wú)色差，潤(rùn)滑。

機(jī)柜內(nèi)強(qiáng)弱電端子排應(yīng)分開(kāi)，模擬量信號(hào)應(yīng)加屏蔽端子，所有柜體內(nèi)元器件標(biāo)識(shí)應(yīng)符合圖紙要求。

控制電纜、信號(hào)電纜的線徑應(yīng)符合要求，盤柜內(nèi)部元件布局合理。

DCS 應(yīng)不要單獨(dú)的接地網(wǎng)，各電子機(jī)柜應(yīng)有獨(dú)立的安全地、屏蔽地和接地銅排，電纜屏蔽層應(yīng)在機(jī)柜側(cè)單獨(dú)接地。

4.結(jié)束語(yǔ)

由于中國(guó)“一帶一路”火電項(xiàng)目總包較多，國(guó)外項(xiàng)目對(duì)DCS 的系統(tǒng)的軟硬件、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)有相當(dāng)高的要求，很多項(xiàng)目都要求適用IEC標(biāo)準(zhǔn)、IEEEE、ELA-232/485、ANSI標(biāo)準(zhǔn)等。對(duì)國(guó)內(nèi)DCS系統(tǒng)集成相關(guān)行業(yè)帶來(lái)了更多機(jī)遇，給很多方向的技術(shù)水平帶來(lái)了極大的提升，包括軟件組態(tài)、硬件生產(chǎn)工藝、柜體制造工藝、電纜應(yīng)用的工藝、運(yùn)輸包裝的措施、儲(chǔ)藏防護(hù)的工藝等。

參考文獻(xiàn)：

【1】顏渝坪、陳慧慧、王利國(guó) 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術(shù)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(yàn)收導(dǎo)則 2014.4