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火电厂DCS受电及调试方案探讨2011-5-23 7:35:00 来源：作者：摘要：热工专业安装和调试的关键阶段是在整个工程的后期，重要节点就是DCS上电工作，它直接影响电气送电以及后续其他节点的实现，是安装和调试阶段的转折点，在整个火电建设工程中起着重要的作用。本文结合本人多年热控专业基建管理的经验，以华能沁北电厂二期工程为例进行探讨。一、系统介绍华能沁北电厂二期2600MW超临界火电机组工程分散控制系统(DCS)采用ABB公司的Symphony系统，其功能涵盖了数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、汽轮机数字电液控制系统（DEH）、给水泵汽轮机控制系统（MEH）、电气控制系统（ECS）等各项控制功能，是一套软硬件一体化完善的控制系统。两台机组及公用系统DCS系统设置3个独立的环网，每台机组一个环网，公用系统一个环网。二、DCS系统外部环境要求2.1 硬件要求2.1.1 一般性要求1) 电子间照明、通风、消防符合要求。2) 集控室内光线充足，具备操作人员操作监视的条件。3) 电子设备室、工程师室和控制室内的环境温度、湿度、清洁度，符合有关规程或生产厂的规定。4) 电子间的相关制度健全；安全、保卫工作到位。5) 机柜已就位，柜体周围不存在安装杂物，控制室干净卫生。6) 电源接线完成；电气专业设备受电完毕，且已具备将电源送至DCS电源柜上端口的条件；电源等级、质量符合要求。7) DCS设备接地接线完毕、接地电阻、接地方式符合DCS供应方要求。8) 各计算机设备应摆放整齐，各种标识齐全、清晰、明确。2.1.2 操作员站、工程师站和功能服务站要求1) 内部各连线或连接电缆无断线，各部件设备、板卡及连接件安装牢固无松动，安装螺钉齐全。2) 壳内外部件及冷却风扇清洁、无灰、无污渍。冷却风扇转动灵活。3) 设备电源电压等级设定正确。4) 接通电源启动后，设备无异音、异味等异常现象发生，检查冷却风扇转动方向正确，转动正常无卡涩；设备自检过程无出错信息，设备能正常启动并进入操作系统，各状态指示灯及界面显示正常。2.1.3主控制器及功能模件要求1) 带有后备电池的主控制器和模件，其后备电池应按照制造厂的有关规定和要求进行检查、更换；检查主控制器和模件的掉电保护开关或跳线设置正确。2) 对每个需清扫的模件和插槽编号、跳线设置做好详细、准确的记录。3) 对模件进行清扫、检查，外观清洁无灰、无污渍、无明显损伤和烧焦痕迹；主控制器若配有冷却风扇，则应检查和清扫冷却风扇。模件上的各部件安装牢固；插件无锈蚀、插针或金手指无弯曲、断裂；跳线和插针等设置正确、接插可靠；熔丝完好，型号和容量准确无误；所有模件标识正确清晰。4) 模件检查完毕，机柜、机架和槽位清扫干净后，对照模件上的机柜和插槽编号将模件逐个装复到相应槽位中，就位必须准确无误，到位可靠。5) 模件就位后，仔细检查模件的各连接电缆(如扁平连接电缆等)应接插到位且牢固无松动。若有固定螺丝和/或卡锁，则应将固定螺丝拧紧和域将卡锁入扣。6) 模件通电前，再次核对模件熔丝齐全，容量正确。模件通电后，各指示灯指示正常。2.1.4 IO电源、系统电源和机柜电源要求2.1.4.1 上电前检查1) 电源熔丝符合规格要求。2) 测量变压器一、二次之间和一次端子对地间的绝缘电阻50M。3) 通电前检查电源电压等级设置应正确；通电后电源装置无异音、无异味；温升正常；风扇转动正常、无卡涩(否则更换风扇)；根据要求测量各输出电压符合要求。2.1.4.2 上电检查试验1) 启动整个子系统，工作正常无故障报警，电源指示灯指示正常。2) 对每对冗余电源，关掉其中一路，检查相应的控制器应能正常工作，若有异常进行处理或更换相应电源。2.1.5 主时钟和GPS标准时钟装置要求1) 主时钟各通信接口连接正确，通信电缆完好无损。启动主时钟，将主时钟与标准时间校准。2) GPS天线插头接插可靠牢固无松动，GPS天线无破损断裂，安装垂直，四周无建筑物或杂物遮挡。3) GPS标准时钟装置各通信接口连接正确，通信电缆完好无损。开启电源，装置进行初始化和自检无出错，初始化和自检结束后，GPS卫星锁定指示正常。若 GPS失步，则装置内部守时时钟应工作正常。4) 启动各工作站的时钟校正功能，校正各工作站时间显示，使其与主时钟或GPS标准时钟装置同步。2.2 DCS软件恢复应具备的条件和要求2.2.1 软件检查2.2.1.1 操作系统检查2.2.1.2 应用软件及其完整性检查2.2.1.3 权限设置检查2.2.1.4 数据库检查 2.2.2 试验项目与技术要求2.2.2.1 系统冗余性能试验1) 各操作员站、功能服务站和现场控制站的冗余切换试验2) 功能模件冗余切换试验a. 模件通电前，模件熔丝齐全、容量正确。b. 模件通电后，各指示灯符合正常的实际状况指示。c. 冗余模件能相互切换，取出主运行模件的熔丝或复位主运行模件或将主运行模件拔出(模件可带电插拔时)，系统能正常无扰动地切换到从模件运行或从模件改为主运行模件，系统除模件故障和冗余失去等相关报警外，无其他异常报警发生；同样进行一次反向切换，系统状况应相同。3) 通信网络冗余切换试验a. 在任意节点上人为切断任一通信总线，系统不得出错或出现死机情况。切、投通信总线上的任意节点，或模拟其故障，总线通信应正常工作。b. 总线及总线冗余检查，总线电缆无破损、断线，端子接线正确，牢固无松动，接插件接插牢固、接触良好；检查总线终端电阻值正常，接线牢固。HUB、总线模件通电后指示灯正常。c. 通过诊断系统或总线模件工作指示灯检查总线系统工作正常，无异常报警；检查冗余总线处于冗余工作状态。d. 切断主运行总线模件的电源或拔出主运行总线的插头及模拟其他条件试验两条冗余总线的切换，总线自动切换至另一条运行，且指示灯指示正常；检查系统数据无丢失、通信无中断、系统工作正常、报警正确；同样进行一次反向切换试验，系统状况应相同。4) 系统(或机柜)供电冗余切换试验a. 对于系统或机柜自投供电或N+1冗余供电，应进行供电切换试验。在电源切换过程中，控制系统应工作正常，中间数据及累计数据无丢失。b. 切断工作电源回路，检查备用供电自动投入，系统工作正常，无出错报警，数据无丢失；同样进行一次反向切换试验，系统状况应相同。c. 对于1+1冗余供电系统，切断任一路供电系统工作正常，无出错报警，数据无丢失。5) 控制回路冗余切换试验a. 计算机控制系统投运，与控制回路相关的主控制器和模件投运正常。b. 利用手操器等设备使控制回路输出一个固定的值或状态，将相关的在运行状态的主控制器或输出模件复位和断电，观察控制回路输出无变化和扰动；检查备用主控制器或输出模件的运行状态正确；反向再做一次控制回路试验，结果正确。2.2.2.2 系统容错性能试验1）在操作员站的键盘上操作任何未经定义的键，或在操作员站上非法输入一系列命令，检查操作员站和系统的反应，无出错或出现死机情况。2）切除并恢复系统的外围设备，控制系统无任何异常情况。3）任意拔出一块IO模件，屏幕显示该模件的异常状态，控制系统自动进行相应的处理(如切到手动工况、执行器保位等)。4）在拔出和恢复模件(模件允许带电插拔)的过程中，控制系统的其他功能不受任何影响。5）计算机控制系统通电启动后，关闭CRT和打印机电源(正在打印时和未打印时分别进行)，然后再打开电源，操作员站屏幕和系统无异常反应。2.2.2.3 系统性能参数测试1）在条件具备的情况下测试下列计算机控制系统性能参数，并做好记录存档。2）通过系统工具或其他由制造厂提供的方法检查每个现场控制站的内存和历史数据存贮站(或相当站)的外存的容量及使用量。内存余量应大于总内存容量的40，外存余量应大于总存贮器容量的60。3）通过系统工具或其他由制造厂提供的方法检查所有现场控制站的中央处理单元的负荷率应不超过40；计算站、数据管理站等的中央处理单元的负荷率应不超过40。4）通过系统工具或其他由制造厂提供的方法检查数据通信总线的负荷率应不超过30，对于以太网则应不超过20。5）通过连续切换操作员站CRT画面10次，用秒表测量每幅画面完全显示的时间，计算其平均值，检查操作员站画面实时反应时间应不大于2s或不低于厂家的出厂标准。6）通过组态并打印计算机控制系统测点清册，检查IO点的投入率及完好率，投入率应不小于99.5，完好率应不小于99.5；查明并记录不可用测点的原因。2.2.2.4 抗干扰能力试验1)现场引入干扰电压的测试a. 用变压器作干扰源，从现场电流、热电偶、热电阻信号回路中引入共模干扰电压和差模干扰电压，在现场控制站IO输入端子处测量实际共模和差模干扰电压值。 b. 若现场引入干扰电压的测试条件无法满足时，也可在模拟量信号精确度测试的同时，在现场控制站IO输入端子处测量从现场引入的共模和差模干扰电压值。c. 实际测得的最大共模干扰电压值应小于输入模件抗共模干扰电压能力的60。d. 实际测得的差模信号引起的通道误差应满足下列公式要求：Un(10NMR20)0.05NMR=201g22 Uac|UmaxUmin|式中 Un输入端子处测得的交流分量峰值与该点满测量之比；NMR为差模抑制比；Umax加干扰后测得最大值； Umin加干扰后测得最小值；Uac输入的量程中值信号。2) 抗射频干扰能力的测试：用频率为400-500MHz、功率5W的步话机作干扰源，距敞开柜门的机柜1.5m处发出信号进行试验，计算机系统应正常工作，测量信号示值应基本无变化。3) 用手机作干扰源发出信号，逐渐接近敞开柜门的机柜进行试验，记录计算机系统出现异常或测量信号示值有明显变化时的距离。2.2.2.5 测量模件处理精度测试1) 模拟量输入信号精度测试a. 每块模件上选取一个通道，用相应的标准信号源，在测点相应的端子上分别以正、反向输入量程的0、25、50、75、100信号，在操作员站或工程师站(手操器)读取该测点的显示值。同模件其余通道仅输入测量量程的50信号进行检验。b. 记录各测点的测试数据，计算测量误差，应满足表1-1的精度要求。2) 脉冲量输入(PI)信号精度测试a. 每块模件上选取一个通道，用标准频率信号源，在测点相应的端子上分别以正、反向输入量程的10、25、50、75、100信号，在操作员站或工程师站(手操器)读取该测点的显示值。同模件其余通道仅输入测量量程的50信号进行检验。b. 记录各测点的测试数据，计算测量误差，检查触发电子，均应满足生产厂出厂的精度或表1-1要求。 3) 模拟量输出(AO)信号精度测试a. 每块模件上选取一个通道，通过操作员站(或工程师站或手操器)，分别按量程的 0、25、50、75、100设置各点的输出值，在IO站对应模件输出端子用标准测试仪测量，并读取输出信号示值。同模件其余通道仅输入测量量程的50信号进行检验。b. 检查操作打印记录，应与实际操作相符。c. 记录各点的测试数据，计算测量误差，应满足表1-2的精度要求。4) 脉冲量输出(PO)信号精度测试a. 每块模件上选取一个通道，通过操作员站(或工程师站或手操器)分别按量程的 10、25、50、75、100设置各点的输出值，分别在各输出端子上用标准频率计测量并读取示值。同模件其余通道输入测量量程的50信号进行检验。b. 记录各测点的测试数据，计算测量误差，应满足生产厂出厂精度或表1-2要求。5) 开关量输入(DI)信号正确性测试a. 每块模件上选取一个通道，通过短接/断开无源接点或加入去除电平信号分别改变各输入点的状态，在操作员站或工程师站(手操器)上检查各输入点的状态变化。b. 记录各点测试状态变化，应完全正确无误。6) 中断型开关量输入通道的正确性检查用SOE信号发生器在调好事件序列间隔后，连到端子板信号输入端，在操作员站上观察SOE报警列表中显示的时间顺序和打印记录，应与输入信号一致。7) 开关量输出(DO)信号正确性测试a. 每块模件上选取一个通道，通过操作员站(工程师站或手操器)分别设置0或1的输出给定值，在IO站相应端子上测量其通断状况，同时观察开关量输出指示灯的状态。b. 记录各点的测试状态变化，应正确无误。2.2.2.6 进行热插拔试验当相关输入信号不变时，模件重复两次插拔，CRT对应的物理量示值应无变化。2.2.2.7 进行通道输出自保持功能检查1) 在操作员站上对被测模件通道设置一输出值，在IO站相应模件端子上读数并记下此值；将该IO站系统电源关闭再打开，在相应端子上再次读数并记下此值。2) 该输出量断电前后的两次读数之差的一半所计算的示值最大误差值，也应不大于模件的允许基本误差。2.2.2.8 系统进行的几项功能试验1) 系统组态和在线下载功能试验a. 打开工程师站中的系统组态软件，按照组态手册离线建立一个组态方案，如有可能则进行编译生成，检查确认组态软件功能应正常。b. 计算机控制系统通电启动后，通过工程师站组态工具，将现场控制站中一主控制器或一功能模件的组态回读到工程师站中，然后再将此组态下载到原主控制器或原功能模件中，检查确认整个操作过程中计算机控制系统无出错或死机等现象发生。2) 操作员站人机接口功能试验a. 通过功能键盘或轨迹球鼠标，在操作员站上对各功能逐项进行操作，检查各CRT画面显示应正常，各功能键或按钮与各功能画面连接正确，所有操作对应结果正确无误。对于一些非法操作，软件应具有容错能力。b. 检查操作员站权限设置正确，以操作员级别登录正常。c. 检查各主要流程画面、主要参数监视画面、实时趋势曲线显示画面等显示正常，各动态参数和实时趋势曲线自动刷新，刷新时间符合要求。d. 检查各报警显示画面和报警窗口显示正常，报警提示和关联画面连接正确，报警确认功能正常。e. 检查历史数据检索画面显示正常，输入正确的需检索的数据(如测点名、测点编号)和检索时间段，系统响应正确，并显示相应的历史数据报表或历史数据曲线、历史事件报表、操作记录、报警记录等。若请求打印，则打印结果应与显示结果相同。f. 检查报表管理功能画面显示正确，选中一张报表进行随机(召唤)打印，系统响应正确，检查报表内容正确。g. 选择一幅流程图画面，触发屏幕拷贝功能，系统响应正确，检查硬拷贝和画面应一致。h. 检查系统运行状态(系统自诊断信息)显示画面显示正常。i. 检查帮助和域操作指导画面显示正常。j. 根据画面清册检查各流程画面和参数监视画面等应无缺少。3) 报表打印功能试验a.启动报表定时打印功能，检查定时打印的报表格式、内容和时间应符合要求。b.通过功能键盘或轨迹球鼠标，在操作员站上选中系统内所有报表，并触发随机(召唤)打印功能，系统应立即打印选中的报表，检查报表格式、内容应符合要求，时间正确。c.系统通电启动后，模拟事件追忆触发开关量点动作，检查事件追忆报表打印应正常，数据和触发开关量点动作前后时间应正确。4) 历史数据存储和检索功能试验a. 从历史数据库中选取一组记录点，内容包括模拟量、开关量、操作记录、系统事件等。b. 分别组态当前时段(短期)的历史数据报表和曲线，并显示打印、报表、曲线的数据和时间应正确，整个操作过程应无故障报警。c. 分别组态已转储至磁带或光盘(长期)的历史数据报表和曲线，系统应提示需提供已转储时段的历史数据磁带或光盘，插入相应的磁带或光盘，予以激活，并显示打印，报表、曲线的数据和时间应正确，整个操作过程应无故障报警。5) 性能计算功能检查a. 与性能计算相关的所有测点应正常，指示正确。b. 启动性能计算应用程序，应无出错报警。检查性能计算报表和域画面显示应正常,性能计算报表打印正常。检查性能计算项目应无缺项。c. 协同有关部门和单位检查性能计算参数的正确性，否则，应进行调整或修改组态。6) 通信接口连接试验(包括MIS接口)a. 检查通信连接电缆无破损、断线，连接正确并牢固无松动。b. 系统上电，通信接口模件各指示灯指示正确。c. 启动通信驱动软件，系统无出错信息。d. 利用网络软件工具或专用的通信检测软件工具，确认通信物理连接正常。f. 软件或模拟手段检查测试数据收发正常。三、组织分工分散控制系统（DCS）受电及软件恢复调试工作，由华能沁北电厂（业主单位）、东北电建三公司（安装单位）、ABB厂家（DCS硬件、软件组态）、热工院调试部（调试单位）四家单位共同完成，具体分工为：安装单位负责工程师站与电子间卫生、照明系统的检查、完善及保安工作；设备安装到位情况检查；电源接入及绝缘检查；系统接地及接地电阻的检查等与安装有关的工作。ABB厂家负责DCS电源柜与控制柜间电源系统的安装检查；通讯电缆的正确性检查；系统软件恢复等与系统设备调试有关的工作。热工院调试部负责DCS系统通道的校验；并配合安装公司、DCS厂家进行各项工作的检查。华能沁北电厂专业负责人负责三方工作的协调及其它需协调的工作。完成所有检查工作后，由四家单位共同认可同意DCS系统上电，由DCS厂家负责系统上电工作。四、DCS系统上电步骤4.1 电源系统的检查4.1.1 检查分散控制系统的所有供电电源接线的正确性。即按照热工设计图纸（热工电源系统）对每一个接入分散控制系统的工作电源的电缆进行检查。电源取出位置应正确，电源接入位置正确，电缆两端有明显的标志和名称。保证无漏接和误接。4.1.2 电源系统接线必须牢固可靠，无松动和接触不良现象。4.1.3 检查电源线线径应符合电源负荷要求。4.1.4 检查分散控制系统所有供电电缆回路的绝缘电阻。用500V兆欧表对电源电缆进行线芯对地和线芯之间的绝缘电阻测试。其绝缘电阻值均应不小于1M。4.2 接地系统检查4.2.1 Symphony分散控制系统接地系统设计一路交流地（安全地）系统，一路直流地（信号地）系统，各控制柜的交流地、直流地分别以星形接地方式汇集最后接入同一地网。4.2.2 接地系统检查与电源系统检查方法相同，检查接地系统的正确性和牢固性。 4.2.3 检查接地系统应布线合理，远离强磁场干扰，与大型开关设备、旋转设备或其它干扰源距离应大于10米。4.2.4 绝缘电阻检查，将端子板上的现场接线解开，利用绝缘测试仪检查直流系统接地、交流系统接地，或利用其它设备进行检查，其接地电阻应小于5欧姆。且交、直流地应可靠短接。4.3、机柜送电首先将所有电源开关（包括机柜交流电源开关和机柜直流电源开关）置于“断开”位置。检查电源进线接线端子上是否有误接线或者误操作引起的外界馈送电源电压。确认所有机柜未通电。在控制模件柜内，将全部电源模件插入，按厂家要求分别拔出主控制模件、通讯模件和I/O模件，以确保机柜通电时不会发生烧毁控制模件的事故，不会对外部设备误发操作指令而导致设备和人身伤亡事故。4.3.1 电源柜受电在供电电源处，联系电气专业或相关人员投入总电源开关。在电源柜内，用万用表测量电源进线端子处的电压值，其电压值不应超过额定电压的10%。如果误差较大，则应通知送电人员停电进行检查，合格后再送电。投入柜内主电源开关K1或K2（待整个电源系统工作正常后，应先投入UPS电源开关K1，后投入电气保安段电源开关K2）。4.3.2控制柜受电在控制机柜电源入口处测量电压正常，投入各电源模件的电源开关，用万用表测试电源模件的输出直流电压，观察电源模件的状态指示灯。指示灯状态应正确，输出电压值应在厂家说明书规定的范围内。如果出现错误状态指示，应进行停电检查，处理完后再重新送电。检查各控制柜直流控制总线电压正常。4.4 控制模件送电依次插入各个控制模件，观察其状态指示是否正确，或者用工程师站对控制模件的基本功能或性能进行测试。对于冗余系统还应该进行主控制模件和备用控制模件的切换试验。4.5 通讯网络检查4.5.1 依次插入各个通讯模件，对各机柜内通讯模件的工作状态进行检查，应正常。4.5.2 对控制系统各机柜之间的通讯进行检查，应正常。4.5.3 对工程师站、运行人员操作站、终端设备与控制系统之间的通讯进行检查，应正常。4.6 其他模件的送电在解除端子板上所有外部接线的情况下，依次插入各个I/O模件，观察其状态指示是否正确，或者用工程师站对模件的基本功能或性能进行测试。4.7 系统I/O通道完好性检查在断开外部信号电缆的前提下，用高精度信号发生器及高精度万用表对控制系统的输入和输出通道进行完好性检查。4.7.1 电压电流型模拟量输入通道检查用模拟量信号发生器发出所需要的模拟量信号（如4-20mA，1-5V），在工程师站或其它编程器上检查显示值（一般为工程单位值），纪录下每一个通道的输入信号值和输出显示值。每一个通道检查3点：0%，50%，100%。并填写记录。4.7.2 热偶热阻模拟量输入通道检查用热偶信号发生器或标准电阻箱发出所需要的模拟量信号，在工程师站或其它编程器上检查显示值（一般为工程单位值），纪录下每一个通道的输入信号值和输出显示值。每一个通道检查3点：0%，50%，100%。对于热偶信号要考虑冷端温度补偿因数。4.7.3 模拟量输出通道检查在工程师站上或其它编程器上设置模拟量输出信号（如果是阀门指令，则发0-100%指令，如果为参数传递，则可为温度或压力信号等，视具体情况而定），在模拟量输出通道的接线端子上，用标准电流电压表测试其输出值。每一个模拟量输出通道做3点：0%，50%，100%。并填写记录。4.7.4 开关量输入通道检查对于无源接点信号，用短接线短接开关量输入信号，在工程师站或其它编程器上检查显示状态（可能的工程显示单位为：开门/关门，启动/停止等）。对于有源接点信号，用电压源在开关量输入通道上加入所需的电压信号（应该注意极性），在工程师站或其它编程器上检查显示状态（可能的工程显示单位为：开门/关门，启动/停止等）。并填写记录。4.7.5 开关量输出通道检查对于有源开关量输出，在工程师站上或其它编程器上发出不同的指令信号（可能的工程单位信号为：开门/关门，启动/停止等），在输出通道的接线端子上，用电压表测试其输出状态的变化（有电压/没有电压）。对于无源开关量输出，在工程师站上或其它编程器上发出不同的指令信号（可能的工程单位信号为：开门/关门，启动/停止等），在输出通道的接线端子上，用通灯或万用表测试其状态的变化。对于干接点输出，用通灯即可；对于固态继电器输出，则用万用表的欧姆档（放在10M档以上比较明显）进行测试。填写记录。对于直接驱动继电器的输出点，可直接监视继电器状态。4.8 操作员站