★ 国家电投集团江西电力有限公司 高松，熊锐
★ 国家电投集团江西电力有限公司景德镇发电厂 胡振中，余修斌，陈欢
★ 上海明华电力科技有限公司 裴浩然，邱寅祺
摘要：本文对某660MW超临界发电机组的DCS自主可控改造案例进行了研究，并从DCS系统性能分析、组态设计、现场调试等几个方面，介绍了DCS自主可控改造的实施过程，总结了此次改造的技术要点和注意事项，为其他机组的DCS自主可控改造提供了借鉴和参考。
关键词：火力发电；DCS系统；国产化改造；组态设计
为响应《“十四五”智能制造发展规划》《“十四五”发展规划》《“十四五”能源领域科技创新规划》等文件关于在关系国家安全的领域和节点构建自主可控、安全可靠的国内生产供应体系的重要论述，国内DCS企业一直致力于解决当前工控设备进口部件“卡脖子”和工控系统未全面实现自主可控等问题，也一直在进行DCS自主可控方面的研究与应用实践。
在此背景下，本文以某660MW超临界发电机组DCS自主可控改造项目为例，从DCS系统性能分析、组态设计、现场调试三个方面，介绍了DCS自主可控改造的实施过程，并总结了本次改造的技术要点，为其他机组改造提供了参考。
1号机组原DCS系统为北京日立HIACS-5000M控制系统，基本控制器为R600系列控制器。受制于其运行时间过长，系统设备已进入故障易发期和高发期，现有的备品备件数量难以维持机组DCS维护需求，同时相关功能已无法满足现阶段电厂对DCS的新需求。为积极响应国家号召，推进火电机组DCS自主可控应用工作，现DCS系统采用国核NuCon控制系统。该控制系统基于银河麒麟操作系统开发，CPU采用龙芯芯片，其嵌入式系统采用ReWorks实时处理系统。表1详细罗列了新老系统性能对比。
表1 新老系统性能对比
通过两种系统对比可看出，国产化系统性能优良、界面友好、组态修改方便，具有高可靠性、实时性、安全性。由于软硬件的100%国产化，后期维护更便利。在价格方面，国产化系统打破了进口DCS对市场的垄断局面，降低了投资成本。
单元机组和公用系统配置独立网络，通过冗余的网关站实现，公用网络不单独设置工程师站、历史站和接口站，网关站兼做公用系统工程师站，公用系统的全部监控数据由网关站送给单元机组的历史站和接口站进行统一存储和对外发布。
控制系统平台硬件主要包括：工程师站、操作员站、历史服务器、时钟服务器、控制器、控制网络及设备、系统网络及设备、电源转换设备等辅助设备。
控制系统网络主体由实时监控网、控制网及信息网三层网络组成，均采用全冗余设计，能够实现控制器无扰切换，避免了控制器故障切换时数据中断的现象。系统网络拓扑结构图如图1所示。
图1 系统网络拓扑结构图
不同于新建机组，涉及DCS改造的机组，在I/O设计分配上存在以下3个难点：
（1）利旧原则。即除参与机组主保护或重要辅机保护的信号因涉及以下技术变更情况而造成电缆长度不够需重新敷设外，其他到现场的信号电缆原则上最大程度采用利旧方式。
· 冗余信号需分配到不同模件。
· 对照《防止电力生产事故的二十五项重点要求》及热工技术监督要求需增加相关冗余测点及柜间电缆。
（2）不同DCS系统间需增加柜间电缆。
（3）原I/O清单未及时更新，机组历次异动后实际组态与I/O清单差异大。
为解决上述难点，在I/O设计分配时需注重以下几点：
（1）利用原DCS机柜位置安装新机柜，合理确定机柜的尺寸和数量，科学选用紧凑型机柜。
（2）梳理原系统各机柜信号通道配置、柜内模块配置、电缆进线方向、供电方式等思路，分析对比新老系统模件硬件配置，编制新系统卡件布置图。
（3）对电缆清册与现场电缆进行核实，确保I/O信号准确。对于老化、破损的电缆进行全部更换；对于在历次技改中取消或变动而电缆未移除的信号，可作为备用通道使用。
（4）为了充分利用原有电缆，需要在设计阶段估算每个信号电缆长度是否够长，尽量将信号布置在原有位置附近，如需移动尽量向着电缆进入方向往下移动。
（5）对部分较短的电缆如不是保护联锁信号或重要调节信号可以采用端子柜集中转接或柜内转接端子形式，同时需要做到屏蔽电缆全程接地，防止信号干扰。
（6）梳理组态过程中发现的I/O信号不一致清单，经与厂内人员讨论后，统一修改。
逻辑组态设计需遵循原有DCS的组态内容，在实现原有控制功能的同时，尽可能优化提升控制性能。因此，在实施过程中需重点执行以下工作：
（1）根据当前逻辑内容，编写控制逻辑设计说明。
（2）列举原DCS功能块与逻辑宏，分析新老DCS间的差异，编制功能块对照表。
（3）系统中间点的命名需与原系统中一致，有利于和画面组态连接。
（4）对于差异较大无法直接替代的功能块，通过使用多种功能块组合或搭建逻辑宏等方式实现原功能，并进行功能测试。
（5）以满足《二十五项反措》要求为原则，以提升逻辑可靠性为目标，针对重要辅机设备、模拟量回路、联锁保护等逻辑进行梳理总结，提出必要的优化建议，并召开设计联络会分专业讨论。
改造机组的画面组态宜与原系统的风格、布局保持一致，针对不足之处进行优化设计。关键实施手段如下：
（1）理清原画面组态流程图、弹出面板、帮助画面、光字牌等界面风格，编制新画面设计原则。
（2）分析并罗列原画面中各类设备的不同状态显示，在新DCS系统中进行功能复现。
（3）对于新开发的画面宏，搭建逻辑组态，进行功能测试。
（4）操作面板设计时，操作按钮的位置布局及确认方式与原系统保持一致，防止运行人员在紧急情况下因画面不一致而误操作。
（5）以防止运行人员误操作为目的，与运行人员讨论并形成优化清单，对原画面设计进行逐一修改。
DCS网络安全系统主要由边界防护、工业入侵检测、日志审计、终端安全卫士、网络安全平台、工控网络审计等组成。
（1）边界防护：在安全I区边界处部署工业防火墙，进行工控协议数据过滤，实现网络边界防护。
（2）工业入侵检测：部署入侵检测装置用于对网络行为和流量内容进行检测，实现网络安全监测。
（3）日志与网络审计：部署审计系统，对工控设备及网络等行为进行审计，及时对安全事件进行追溯或干预。
（4）终端安全卫士：部署终端安全卫士和USB防御系统，实现主机安全加固、恶意代码防御和USB管控，构造计算环境安全防护堡垒。
（5）网络安全平台：部署统一安全监管平台，集中监管安全设备，形成监管一体化的安全预警平台。
就调试而言，DCS改造的机组与新建机组存在很大差异，较为突出表现在时间周期紧、进度计划难控、现场调试环境较乱、图纸资料不全或未及时更新等方面。因此，在整个调试周期内，必须对各个调试环节加以精准把控，并在保证进度的同时，提高调试质量。
（1）为把控调试整体进度，根据检修时间倒排，形成三级网络调试计划。
（2）明确调试组织机构及职责分工、关键节点人员负责安排，确保各项调试任务有序开展。
（3）编制调试大纲与各项调试方案，完善调试阶段风险辨识和预控措施。
（4）结合I/O清册图纸、保护定值清单、逻辑控制说明等资料，梳理各类调试表单文件。
对于改造机组，单体调试在进度把控、人员安排、缺陷管理等方面较为棘手。因此在实施过程中，需把握以下几点：
（1）结合检修计划，制订合理完善的每日调试计划，明确调试任务，细化每日调试工作，职责分工，责任到人。
（2）将调试人员按锅炉、汽机、电气专业划分，并与电厂生产、运行、检修各专业合理对接，确保各项调试工作的有序执行。
（3）确保I/O与设备传动的全方位100%覆盖，发现现场信号与实际组态不同时，以最新设计图纸为依据及时修改组态。
（4）优化调试工作流程，结合现场检修施工情况，与电厂共同协商，形成“大票换小票”、“每日待调试清单”等文件清单。
（5）建立缺陷管理清单文件，及时更新记录在调试过程中发现的问题，并做到“当日发现、当日整改、当日关闭”。
与新建机组不同，因改造机组不存在整体试运行的阶段，因此在分系统调试环节中，除了对设备联锁、保护及必要的顺控功能进行校验外，还需进行部分MCS系统的冷态调试、MFT及大联锁试验、跨系统间通讯测试等工作。在实施过程中，为保证调试质量，需着重注意以下加点：
（1）以“发现问题、解决问题”为目的，组织各专业评审逻辑功能说明，并结合二十五项反措等标准内容及现场设备实际情况，查找原逻辑的设计缺陷，优化控制逻辑，提高逻辑可靠性。
（2）在进行主保护及机炉电大联锁功能校验时，应采用带工质方式实测，精确模拟实际运行环境，确保试验准确性。
（3）在机组启动前，对于部分机炉侧模拟量控制回路进行必要的定值扰动试验，验证参数设置的准确性。
（4）对于主要接口信号，应进行必要的通讯测试，包括跨系统间的信号及DCS外挂系统，验证信号连接及通讯传输的可靠性。
就改造机组而言，机组并网即进入商运，任何因控制系统、逻辑功能或设备故障等原因造成的机组跳闸，都将记录为“非停”。这对于刚进行DCS改造，尤其是原自动调节长期依赖外挂系统的机组来说，该阶段的压力不言而喻。因此，在实施过程中，应关注以下几点工作：
（1）启动前，尽可能进行仿真测试，模拟各类运行工况，验证各调节回路功能的准确性。类似RB等重要功能，应进行必要的静态功能测试及动态仿真模拟，验证机组在事故工况下的应急响应能力。
（2）热态工况下，进行机、炉侧自动调节回路扰动试验，验证控制参数的正确性。
（3）积极与当地电网公司沟通，申请必要的试验工况，进行变负荷等试验，在验证协调控制功能的同时，优化调节参数，提升机组调节性能。
（1）系统上线后，通过第三方全面测试，验证了软、硬件性能均满足相关技术标准要求，部分性能指标如测量精度、抗干扰能力等优于原DCS系统。此外，通过逻辑组态优化，进一步提升了逻辑可靠性。
（2）通过调试，机组实现锅炉点火、汽轮机冲转及发电机并网一次性成功，机组启动后运行安全稳定。另外，通过协调控制功能优化，机组自动调节性能提高，汽温、过热度等调节品质得到大幅提升。
本文详细介绍了DCS自主可控改造在大型火电厂的应用案例，并通过对新老系统性能对比、组态设计，以及调试总结，验证了国产化DCS系统的实用性，打破了进口DCS系统的垄断局面，为100%自主可控DCS系统在中国电力行业中的完全更迭奠定了坚实的基础，提升了我国工业领域DCS控制系统的技术水平，对保障国家工业安全具有重要意义。
参考文献略。
end
来源 | 《自动化博览》2024年8月刊
责任编辑 | 赫敏
如需合作或咨询，请联系工业安全产业联盟平台小秘书微信号：ICSISIA20140417
往期荐读
