发电厂机组分散控制系统DCS技术要求.docx

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发电厂机组分散控制系统DCS技术要求

发电厂机组分散控制系统（DCS）

技术要求

目录

1.范围2

1.1总则2

2.规范和标准2

2.1引用的规范和标准2

3.技术要求3

3.1总则3

3.2硬件要求4

3.2.1总则4

3.2.2处理器模件5

3.2.3过程输入／输出（I／O）5

3.2.4Gateway7

3.2.5外围设备8

3.2.6电源8

3.2.7环境9

3.2.8电子装置机柜和接线10

3.2.9系统扩展10

3.2.10接地和隔离11

3.3软件要求11

3.4人机接口12

3.4.1操作员站12

3.4.2手动控制装置13

3.4.3工程师站13

3.5数据通讯系统14

3.6数据采集系统（DAS）14

3.6.1总则14

3.6.2显示15

3.6.3记录18

3.6.4历史数据的存储和检索（HSR）20

3.6.5性能计算20

3.7模拟量控制系统（MCS）21

3.7.1基本要求21

3.7.2具体功能23

3.8顺序控制系统（SCS）29

3.8.1基本要求30

3.9汽轮机数字电液调节系统（DEH）32

3.9.1基本要求32

3.9.2基本的控制功能33

3.9.3甩负荷控制功能35

3.9.4热应力计算功能35

3.9.5主汽压力控制功能35

3.9.6运行方式35

3.9.7液压系统（EH）36

3.9.8液压系统执行机构36

3.9.9就地仪表37

3.10汽机紧急跳闸保护系统（ETS）37

1.范围

1.1总则

1.1.1本规范书对发电厂机组（125MW）采用的分散控制系统（以下简称DCS）提出了技术方面和有关方面的要求。

1.1.2本规范书提出的是最低限度的要求。

2.规范和标准

本规范书中涉及的所有规范、标准或材料规格（包括一切有效的补充或附录）均应为最新版本。

2.1引用的规范和标准

美国防火协会（NFPA）

ANSI/NFPA70国家电气规范

ANSI/NFPA85C多燃烧器锅炉炉膛防内爆和外爆

ANSI/NFPA85F制粉系统的安装及运行

美国电气和电子工程师协会（IEEE）

ANSI／IEEE472冲击电压承受能力导则（SWC）

ANSI／IEEE488可编程仪表的数字接口

美国电子工业协会（EIA）

EIARS-232-C数据终端设备与使用串行二进制数据进

行数据交换的数据通信设备之间的接口

美国科学仪器制造商协会（SAMA）

SAMAPMS22.1仪表和控制系统功能图表示法

IEC1131-3国际可编程控制组态语言标准

IEEE802.3以太网物理层技术规范

IEEE802.4令牌传递总线送取方法物理层技术规范

ISODIS11898国际现场总线标准

中国标准

GB191包装储运图标志

GB2421电工电子产品基本环境试验规程总则

GB2422电工电子产品基本环境试验规程名词术语

GB2423.1电工电子产品基本试验规程

DL5000-94火力发电厂设计技术规程

JB/TS234-91工业控制计算机系统验收大纲

DL453-91火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程

DL/T657-1998火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试

规程

DL/T658-1998火力发电厂顺序控制系统在线验收测试

规程

DL/T659-1998火力发电厂分散控制系统在线验收测试

规程

SDJ279-90电力建设施工及验收技术规范（热工仪表及

控制装置篇

电规[1996]214单元机组分散控制系统设计若干技术问题

规定

JB/T6810-93分散型控制系统功能模板可靠性设计规范

JB/T6809-93数字量输入输出通道模板通用技术条件

GB/T15532-1995计算机软件单元测试

国家电力公司颁布防止电力生产重大事故的二十五项重点要求

3.技术要求

3.1总则

3.1.1DCS应完成数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、汽轮机数字电液调节系统（DEH）功能，以满足各种运行工况的要求，确保机组安全经济运行。

3.1.2DCS应由分散处理单元、过程输入输出通道、数据通讯系统和人机接口等组成。

3.1.3DCS系统应易于组态，易于使用，易于修改，易于扩展。

3.1.4系统的监控、报警和自诊断功能应高度集中在CRT上显示和在打印机上打印。

3.1.5控制系统应在功能和物理上分散以适合机组的特点。

3.1.6控制系统按工艺区（即按锅炉、汽机、除氧给水及公用部分等）划分，以保证系统负荷率分配均匀。

3.1.7控制系统应满足单一故障不应引起锅炉或汽轮发电机保护系统误动和拒动。

3.1.8在系统模块中的控制功能组的安排应使得在某一单元故障时，仅解列部分自动控制系统，并进行报警，这种局部自动解列应能被运行人员随时干预。

3.1.9DCS的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，使其具有高度的可靠性。

系统内任一组件发生故障，均不应影响整个系统的工作。

3.1.10DCS应采取有效措施，以防止各类计算机病毒的侵害和DCS内各存贮器的数据丢失。

3.1.11整个DCS的可利用率应不小于99.9％。

有三年以上类似功能的成功应用实绩。

3.1.12DCS系统信息共享应遵循以下规定：

——监视和控制系统信息共享，此时，I/O信息应首先引入控制系统的I/O通道，并通过通讯总线传送至数据处理和监视系统

——控制系统与保护系统都要用的过程信息，宜通过各自的I/O通道分别引入

——触发MFT的信息应通过硬接线方式传送

——甲乙侧对称系统I/O信息进入DCS系统，不应经过网络通讯

3.2硬件要求

3.2.1总则

3.2.1.1系统硬件应采用有现场运行实绩的、先进可靠的和使用以微处理器为基础的分散型的硬件。

3.2.1.2系统内所有的模件均应是固态电路、标准化、模件化和插入式结构。

3.2.1.3模件的插拔应有导轨和联锁，以免造成损坏或引起故障。

模件的编址不应受在机柜内的插槽位置所影响，而是在机柜内任何插槽位置上都应能执行其功能。

3.2.1.4机柜内的模件应能带电插拔而不损坏，且不影响其它模件的正常工作。

3.2.1.5模件的种类和尺寸规格应尽量少，以减少所要求的备件范围和备件费用。

3.2.2处理器模件

3.2.2.1分散处理单元内的处理器模件应各司其职（功能上应分离），以提高系统可靠性。

处理器模件应使用I／O处理系统采集的过程信息来完成模拟控制和数字控制。

3.2.2.2处理器模件应清晰地标明各元器件，并带有LED自诊断显示。

3.2.2.3处理器模件若使用随机存取存储器（RAM），则应有电池作数据存储的后备电源，电池的更换不应影响模件的工作。

3.2.2.4某一个处理器模件故障，不应影响其它处理器模件的运行。

此外，数据通讯高速公路故障时，处理器模件应能继续运行。

3.2.2.5对某一个处理器模件的切除，修改或恢复投运，均不应影响其它处理器模件的运行。

3.2.2.6处理器模件应冗余配置，一旦某个工作的处理器模件发生故障，系统应能自动地以无扰方式，快速切换至与其冗余的处理器模件，并在操作员站报警。

3.2.2.7冗余配置的处理器模件与系统均应有并行的接口，即均能接受系统对它们进行的组态和组态修改。

处于后备状态的处理器模件，应能同步更新信息。

3.2.2.8电源故障应属系统的可恢复性故障，一旦重新受电，处理器模件应能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预。

3.2.3过程输入／输出（I／O）

3.2.3.1I／O处理系统应“智能化”，以减轻控制系统的处理负荷。

I／O处理系统应能完成扫描、数据整定、数字化输入和输出、线性化、热电偶冷端补偿、过程点质量判断、工程单位换算等功能。

3.2.3.2所有的I／O模件都应有标明I／O状态的LED指示和其它诊断显示，如模件电源指示等。

3.2.3.3所有控制和保护回路的模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次，所有控制和保护回路的数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次，事故顺序（SOE）输入信号的分辨率应小于1毫秒。

为满足某些需要快速处理的控制回路要求，其模拟量输入信号应达到每秒扫描6次，数字量输入信号应达到每秒扫描20次。

3.2.3.4应提供对热电偶、热电阻及4～20mADC信号的断线和短路以及输入信号超出工艺可能范围的检查功能，这一功能应在每次扫描过程中完成。

3.2.3.5所有接点输入模件都应有防抖动滤波处理。

3.2.3.6处理器模件的电源故障不应造成已累积的脉冲输入读数丢失。

3.2.3.7应采用相应的手段，自动地和周期性地进行零飘和增益的校正。

3.2.3.8冗余输入的热电偶、热电阻、变送器信号和开关量信号的处理，应由不同的I／O模件来完成。

单个I／O模件的故障不得引起任何设备的故障或跳闸。

3.2.3.9所有输入／输出模件，应能满足ANSI/IEEE472“冲击电压承受能力试验导则（SWC）”的规定，在误加250V直流电压或交流峰-峰电压时，应不损坏系统或同一模件上其他I/O通道的正常工作。

3.2.3.10输入、输出通道均应与外接信号隔离。

3.2.3.11每16点模拟量输入应至少有一个单独的固态A／D转换器；而每一点模拟量输出应有一个单独的D／A转换器；每一路热电阻输入应有单独的桥路。

每一数字量输入／输出模件的I／O点数不应大于16点。

此外，所有的输入通道、输出通道及其工作电源，均应互相隔离。

报价书中应明确说明变送器+24V供电、DCS范围内电动执行器电源（不包括AC380V和DC220V电源）、数字量输入接点的“查询电源”、数字量输出继电器线圈的“激励电源”的供电方式。

并提供以上电源。

模数（A／D）转换和数模（D／A）转换应满足下列最低要求：

（1）分辩率12位

（2）线性±1个最低有效位（LSB）

（3）再现性±1/2个最低有效位

（4）精度在整个工作温度范围内全量程的±

0.1%

3.2.3.12在整个运行环境温度范围内，DCS的模拟量输入信号的精度：

高电平为±0.1％，低电平为±0.2％；DCS的模拟量输出信号的精度为±0.25％，系统设计应满足在六个月内不需手动校正而保证这些精度的要求。

3.2.3.13I/O类型

a、模拟量输入：

4～20mA信号（接地或不接地），最大输入阻抗为250Ω，系统应提供4～20mA两线制变送器的24VDC电源或电源信号隔离装置（对外带电源的信号）；对1～5VDC（或0～5VDC）输入，输入阻抗不小于500kΩ；对0～10mA信号，最大输入阻抗为400Ω。

0~5A信号为电动机电流信号。

b、模拟输出：

4～20mA或1～5VDC可选，具有驱动回路阻抗大于600Ω的负载能力。

负端应接到隔离的信号地上。

系统应提供24VDC的回路电源。

应至少提供模拟量输出控制卡15块。

c、数字量输入：

负端应接至隔离地上，系统应提供对现场输入接点的“查询”电压（48V～120V）。

d、数字量输出：

数字量输出模件应采用电隔离输出，隔离电压≥250V，能直接驱动控制用电动机或任何中间继电器。

e、热电阻（RTD）输入：

能直接接受分度号为Cu50、Pt100、BA2、G等类型的三线制（或二线制）热电阻信号（不需变送器）。

f、热电偶（T／C）输入：

能直接接受E、J、K、T、EA和R型的热电偶信号（不需变送器）。

热电偶在整个工作段的线性化，应在I／O模件内完成而不需通过数据通讯总线。

g、脉冲量输入：

每秒能接受6600个脉冲。

3.2.3.14做好模拟量输入和输出信号的屏蔽提出建议，以满足其系统设计要求。

3.2.3.15分散处理单元之间用于跳闸、重要联锁和超弛控制的信号，应直接采用硬接线，而不可通过数据通讯总线发送。

3.2.3.17应满足系统对输入输出信号的要求，如模拟量与数字量之间转换的检查点、冷端补偿、电源电压检测及各子系统之间的硬接线联接点。

报价书应明确说明各子系统之间的硬接线联接使用的I/O点数、冷端补偿点数及方法。

3.2.3.18重要的联锁保护和模拟控制功能的I/O点必须冗余配置。

3.2.3.19所有自动调节系统执行机构均由DCS提供的驱动，模件直接驱动（380V执行机构除外），不另设伺服放大器。

3.2.4Gateway

3.2.4.1DCS的各子系统尽可能类型一致，以构成一个统一的监视和控制系统。

因此，用于不同子系统或不同通讯协议之间的Gateway应尽可能少。

3.2.5外围设备

3.2.5.1记录打印机和彩色图形打印机。

3.2.5.1.1记录打印机应是带微处理器的打印机。

3.2.5.1.2所有记录打印机都应能互相切换使用，整个DCS应配置3台记录打印机（其中两台针式打印机，一台黑白激光打印机）安放在单元控制室内。

3.2.5.1.3提供一台A4彩色喷墨图形打印机安放在工程师工作室。

它可根据要求打印任一CRT画面。

3.2.5.2CRT和键盘

3.2.5.2.1所提供CRT至少应有24K种颜色，屏幕尺寸为21英寸纯平，分辨率为1600×1280象素，并在此分辨率下提供不低于85Hz的刷新率。

3.2.5.2.2每台CRT应有其独立的显示发生器，单元控制室内的所有CRT应组态相同，可互为备用。

3.2.5.2.3光标定位装置为跟踪球、鼠标器或光笔。

3.2.5.2.4每台CRT应配置一个键盘。

按钮的操作应有触感和声音反馈，反馈的音量大小可以调整。

3.2.5.2.5应设置6台CRT，其中5台安放在单元控制室内，1台安放在工程师工作室内。

3.2.5.3磁盘驱动装置：

应提供三种类型的磁盘驱动装置存储系统数据，即固定式温切斯特盘，光盘和软盘驱动器。

为方便保存运行数据，至少提供一台可读写光驱。

3.2.6电源

3.2.6.1电子装置机柜、操作员站和工程师站，应能接收二路交流220V±10％，50Hz±1Hz的单相电源。

这两路电源中的一路来自不停电电源（UPS），另一路来自厂用保安段电源。

3.2.6.2设备除能接受上述两路电源外，应在各个机柜和站内配置相应的冗余电源切换装置和回路保护装置，并用这两路电源在机柜内馈电。

3.2.6.3机柜内应设置二套冗余直流电源。

这二套直流电源都应具有足够的容量和适当的电压，应能满足设备负载的要求。

3.2.6.4任一电源故障都应报警并在CRT上显示，二路冗余电源应通过二极管切换回路耦合。

在一路电源故障时自动切换到另一路，以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。

3.2.6.5电子装置机柜内的馈电应分散配置，以获取最高可靠性，对I／O模件、处理器模件、通讯模件和变送器等都应提供冗余的电源。

3.2.6.6接受变送器输入信号的模拟量输入通道，应能承受输入端子完全的短路，并不应影响其它输入通道，否则，应用单独的熔断器进行保护。

3.2.6.7每一路变送器的供电回路中应有单独的熔断器，熔断器断开时应报警。

在机柜内，熔断器的更换应很方便，不需先拆下或拨除任何其它组件。

3.2.6.8无论是4～20mA还是脉冲信号输出，都应有过负荷保护措施。

此外，应在系统机柜内为每一被控设备提供维护所需的电隔离手段。

任一控制设备的被拆除，均应报警，并将受此影响的控制回路切至手动。

3.2.6.9每一数字量输入、输出通道板都应有单独的熔断器或采取其它相应的保护措施。

3.2.6.10应设置DCS范围内电动执行的电源（不包括380V、DC220V电源）。

3.2.6.11所有DCS范围内开关量输入点的“查询电源”查询电压为48V~120V。

3.2.6.12所有DCS范围内开关量接点的“激励电源”交流380V回路除外。

3.2.7环境

3.2.7.1系统应能在电子噪声、射频干扰及振动都很大的现场环境中连续运行，且不降低系统的性能。

3.2.7.1系统设计应采用各种抗噪声技术、包括光电隔离、高共模抑制比、合理的接地和屏蔽。

3.2.7.2在距电子设备1.2米以外发出的工作频率达470MHz、功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，应不影响系统正常工作。

3.2.7.3系统应能在环境温度0～40℃，相对湿度10～95％（不结露）的环境中连续运行。

3.2.8电子装置机柜和接线

3.2.8.1电子装置机柜的外壳防护等级，室内应为IP52，室外应为IP56。

3.2.8.2机柜门应有导电门封垫条，以提高抗射频干扰（RFI）能力。

柜门上不应装设任何系统部件。

3.2.8.3机柜的设计应满足电缆由柜底引入的要求。

3.2.8.4对需散热的电源装置，应提供排气风扇和内部循环风扇。

3.2.8.5机柜内应装设温度检测开关，当温度过高时进行报警。

3.2.8.6装有风扇的机柜均应提供易于更换的空气过滤器。

3.2.8.7机柜内的端子排应布置在易于安装接线的地方，即为离柜底300mm以上和距柜顶150mm以下。

3.2.8.8中间端子柜内的每个端子排和端子都有清晰的标

志，并与图纸和接线表相符。

3.2.8.9端子排、电缆夹头、电缆走线横槽及接线槽均应由“非燃烧”型材料制造。

3.2.8.10机柜、控制台以及其它设备之间互联的电缆（包括两端地接插件）应符合IEEE有关防火标准。

3.2.8.11组件、处理器模件或I/O模件之间的连接应避免手工接线。

3.2.8.12机柜内应预留充足的空间，能方便地接线、汇线和布线。

3.2.9系统扩展

3.2.9.1应考虑下列备用余量，以供系统以后扩展需要：

·每个机柜内的每种类型I／O测点都应有15％的备用量。

每个机柜内应有20％的模件插槽备用量。

该备用插槽应配置必要的硬件，保证今后插入模件就能投入运行。

·控制器站的处理器处理能力应有50％余量，操作员站处理器处理能力应有60％余量。

操作员站允许最大标签量至少应为系统过程I/O点总数的200%

·处理器内部存贮器应有50％余量，外部存贮器应有60％余量。

·通讯总线的负荷率：

以太网不大于20％，令牌网不大于40％

·40％电源负荷余量

这些都应是按系统联调成功正式投运时的最终容量计算的百分比值。

3.2.10接地和隔离

3.2.10.1DCS系统的接地应能接受与电气公用全厂接地网而无须设置专用的独立接地网。

3.3软件要求

3.3.1DCS的组态采用统一的方式进行。

3.3.2应提供一套完整的程序软件包，包括实时操作系统程序、应用程序及性能计算程序。

3.3.3所有的算法和系统整定参数应驻存在各处理器模件的非易失性存储器内，执行时不需重新装载。

3.3.4应提供Fortran，VC，VB，Pascal等高级编程语言以满足用户工程师开发应用软件的需要。

3.3.5模拟量控制的处理器模件完成所有指定任务的最大执行周期不应超过250ms，开关量控制的处理器执行周期不应超过100ms。

3.3.6对需快速处理的模拟和顺序控制回路，其处理能力应分别为每125ms和50ms执行一次。

3.3.7模拟控制回路的组态，应通过驻存在处理器模件中的各类逻辑块的联接，直接采用SAMA图方式进行，并用易于识别的工程名称加以标明。

还可在工程师站上根据指令，以SAMA图形式打印出已完成的所有系统组态。

3.3.8在工程师工作站上应能对系统组态进行修改。

不论该系统是在线或离线均能对该系统的组态进行修改。

系统内增加或变换一个测点，应不必重新编译整个系统的程序。

3.3.9在程序编辑或修改完成后，应能通过通讯总线将系统组态程序装入各有关的处理器模件，而不影响系统的正常运行。

3.3.10顺序控制的所有控制、监视、报警和故障判断等功能，均应由处理器模件提供。

3.3.11顺序逻辑的编程应使顺控的每一部分顺序逻辑及执行情况、被控设备和工艺流程的状态都能在CRT上显示。

3.3.12所有顺序控制逻辑的组态都应在系统内完成，而不采用外部硬接线、专用开关或其它替代物作为组态逻辑的输入。

3.3.13顺序控制逻辑应采用熟悉的，类似于继电器型式的功能符号，以逻辑图或梯形图格式进行组态，并可在工程师站上按指令要求，以图形方式打印出已组态的逻辑。

3.3.14查找故障的系统自诊断功能应能诊断至通道级故障。

报警功能应使运行人员能方便地辨别和解决各种问题。

3.3.15应设置保护动作监视软件，该软件应与DCS的其它应用软件同时运行工作，能连续监视各重要辅机的全部保护项目及测点状态，一旦任意一台重要辅机保护动作，它将能自动捕捉并记忆这次保护的首次动作原因供以后分析。

该软件应从硬件的角度考虑使其具有足够的分辨率从而能正确分辨重要辅机首次动作的原因。

3.3.15应考虑在合同有效期内，软件的增加及修改不发生费用。

3.4人机接口

人机接口应包括操作员站，手动操作控制装置和工程师站。

3.4.1操作员站

3.4.1.1操作员站的任务是在标准画面和用户组态画面上，汇集和显示有关的运行信息，供运行人员据此对机组的运行工况进行监视和控制。

3.4.1.2操作员站的基本功能如下：

·监视系统内每一个模拟量和数字量

·显示并确认报警

·显示操作指导

·建立趋势画面并获得趋势信息

·打印报表

·控制驱动装置

·自动和手动控制方式的选择

·调整过程设定值和偏置等

3.4.1.3操作员站及工程师站至少应采用工业控制机，其硬件配置要求至少为：

内存：

128M

硬盘：

10G以上

主频：

600MHz以上

3.4.1.4至少应提供4组操作员站。

其CRT安装在控制台内，主机安装在工程师室。

3.4.1.5每一个操作员站都应是冗余通讯总线上的一个站，且每个操作员站应有独立的冗余通讯处理模件，分别与冗余的通讯总线相连。

3.4.1.6虽然操作员站的使用各有分工，但任何显示和控制功能均应能在任一操作员站上完成。

3.4.1.7任何CRT画面均应能在2秒（或更少）的时间内完全显示出来。

所有显示的数据应每秒更新一次。

3.4.1.8调用任一画面的击键次数，不应多于三次。

3.4.1.9运行人员通过键盘或跟踪球等手段发出的任何操作指令均应在1秒或更短的时间内被执行。

从运行人员发出操作指令到被执行完毕的确认信息在CRT上反映出来的总时间应在2.5秒内。

对运行人员操作指令的执行和确认，不应由于系统负载的改变或使用了Gatway而被延缓。

3.4.1.10主要保护动作跳闸后，运行人员可以通过操作员站调出相应保护首次动作原因显示画面，从而可以知道首次动作原因以及当前相关的全部保护动作状态等。

3.4.2手动控制装置

3.4.2.1本次改造取消所有硬手／自动站（M／A站）。

3.4.3工程师站

3.4.3.1应提供一套台式工程师站，用于程序开发、系统诊断、控制系统组态、数据库和画面的编辑及修改。

还应提供安放工程师站的工作台及工程师站的有关外设。

3.4.3.2工程师站应能调出任一已定义的系统显示画面。

在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等，均应能通过通讯总线加载到操作员站。

3.4.3.3工程师站应能