自备电厂DCS技术规范.docx

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自备电厂DCS技术规范

分散控制（DCS）系统技术规范书

日期：

2013.08.15

版次：

0版

兰花科创年产20万吨己内酰胺一期工程

分散控制（DCS）系统技术规范书

DOC.NO:

2013-8-15

用于招标

版次.

日期

说明

设计

校对

审核

审定

1.工程概况

2.范围.

3.技术要求

4.备品备件和专用工具

5.设计联络会议（DLM）

6.工程服务

7.试验、验收和演示

8.包装、装运和仓储

9.数据和文件

10.培训

11.投标人应提供的技术资料

12.附件

1、工程概况

本工程建设方为中国天辰工程有限公司。

本期为2×150t/h循环流化床锅炉1×20MW抽背式汽轮发电机组和1×15MW背压式汽轮发电机组。

为提高整个电厂的过程控制水平及运行管理水平，考虑采用一套分散式控制系统（简称DCS）来实现全厂锅炉的集中控制。

1.1　主设备

主设备包括:

150t/h高温高压循环流化床锅炉2台（额定压力：

9.81Mpa，额定温度：

540℃，生产厂家：

华西能源工业股份有限公司）；高压除氧器2台；电动给水泵3台。

1.2控制方式：

本期采用锅炉集中控制方式，集中控制室布置于主厂房8米层，集中控制室内布置锅炉监控系统的人机接口设备。

运行人员在控制室内通过LCD及少量的常规仪表及硬操作设备对锅炉进行监控。

设置电子设备间与集中控制室设在同一层，工程师站设单独房间，以方便运行管理。

DCS的机柜设在热控电子设备间。

1.3控制水平：

本期拟采用以微处理器为基础的分散控制系统（即DCS系统）。

主控室内设装设汽包水位工业电视，控制台上设停炉及重要设备的紧急操作按钮，以保证锅炉在紧急情况下安全快速停炉。

锅炉运行人员可在少量就地操作和巡回人员和配合下，在集控室内实现锅炉的启动，正常运行工况的监视操作、紧急情况事故处理及停炉。

2范围

2.1总则

2.1.1本技术规范对兰花科创年产20万吨己内酰胺一期工程配套建设的热电站所采用的分散控制系统（以下简称DCS）就技术方面和有关方面的要求，它提出了最低限度的功能要求，不能成为供货商降低配置及免责理由。

本技术规范的内容，是按本工程2台锅炉、2台汽轮发电机及相关必要的公用系统要求编制的。

2.1.2本规范书提出的是最低限度的要求，并未对一切技术细节作出规定，也未完全陈述一切有关的规范和标准。

投标方（以下简称乙方）应提供符合本DCS规范书的规定和有关工业标准要求的优质DCS,其系统必须具有当今实践证明是先进的应用技术,对国家有关安全、环保等强制性标准，必须满足其要求。

乙方应具有在同类机组中承包设计、制造、安装调试和供货的成功经验。

2.1.3如果乙方未以书面形式对本规范书提出异议，则意味着乙方提供的设备和DCS满足了本规范书和有关工业标准的要求。

如有异议，不管是多么微小，都应在投标书中以“对规范书的意见和同规范书的差异”为标题的专门章节中加以详细表明。

2.1.4乙方提供报价书及合同规定的文件,包括图纸、计算、说明、使用手册等，均使用国际单位制（SI）及中华人民共和国法定计量单位。

2.1.5只有招标方（以下简称甲方）有权修改本规范书。

经买卖双方协商,最终确定的规范书应作为DCS合同的一个附件，并与合同文件有相同的法律效力。

2.1.6甲方拥有对本规范书的解释权，乙方如对此规范书内容有疑义的条款均有责任向甲方询问，由于理解的偏差所引起的责任由乙方无偿承担。

2.1.7协议书提出的DCS各项功能必须全部实现，双方同意涉及DCS功能的具体控制方案，在技术联络会上共同商议（在不增加I/O点数前提下，乙方完成所有具体功能，否则乙方将承担完成所有具体功能的全部费用）。

乙方提供符合本技术规范和有关工业标准要求的优质DCS满足本技术规范提出的所有要求.

2.1.8DCS的供货范围，包括所有硬件、软件、服务和有关图纸资料，并提供所供卡件的详细说明文件资料。

2.1.9乙方提供DCS的详细说明，包括系统说明、系统结构及配置、系统通讯、子系统功能、操作员接口、过程通道、系统性能、电源的提供与分配等。

2.2乙方工作范围

2.2.1乙方负责设计、制造、装配、检查、试验、运输、现场安装指导及调试，所提供的控制系统需保证发电厂的安全、可靠和经济运行，并符合与此相关的所有标准和细则的规定。

为此，乙方应委托有资质的设计单位进行SAMA图和逻辑框图的详细设计，在设计的基础上进行DCS系统的软件组态、编程和调试，负责系统的组态生成,定义I/O功能，配置完整的自动控制系统，并按照需方要求向需方提供最终的I/O清单。

2.2.2乙方提供满足本技术规范要求所必须的硬件、软件和各项服务。

其中包括下列内容：

2.2.2.1提供构成DCS系统所必需的全部硬件和软件。

2.2.2.2达到本技术规范规定的全部功能要求，进行DCS的软件组态编程及调试。

2.2.2.3在制造厂内，由具有丰富经验的专家及训练有素的专职人员，使用仿真机和测试设备，接入DCS输入输出信号，进行闭环运行、测试和演示，确保DCS功能和性能符合本技术规范的要求。

2.2.2.4乙方按照合同规定的进度要求，按时发运DCS。

根据本技术规范的要求，提供必须的安装详图和全面的安装指导（包括现场安装调试及DCS接地等安装指导说明书）。

2.2.2.5乙方全面负责自身盘柜、设备之间的预制电缆（包括电源线、信号线、网线）的敷设及接线工作。

以及I/O柜与扩展柜的DP网线的敷设及连接工作。

2.2.2.6乙方负责通电启动和调试服务，直到DCS满足机组运行需要，达到DCS的全部功能要求，并保证系统可利用率不低于99.9%。

2.2.2.7乙方根据本技术规范的要求，向甲方提供DCS优化运行所必需的系统文件，使甲方能掌握组态、编程、维护、修改和调试DCS。

负责培训甲方的运行和维护工程技术人员，使他们能熟练地操作、维护、修改和调试DCS。

2.2.2.8乙方提供专用工具和备品备件、调试期间的消耗品及自然损坏的元件设备。

2.2.3为达到规范要求，应与其他提供控制系统的供货商相协调，并负责相关的接口工作。

接口项目包括有：

DCS与厂级MIS的通讯接口：

DCS与调度自动化的通讯接口及软件：

DCS与远程设备的通讯：

DCS与其它辅助设备PLC控制系统的通信接口。

2.2.4乙方根据本技术规范要求完成DAS模拟画面图、MCS、FSSS、SCS控制SAMA逻辑图等，并由设计院审定后最终提供给甲方认可。

该方案应保证机组联锁保护及自动投入率达到国内同类型机组较高水平，乙方提供的方案必须具有可行性，满足本期工程控制要求，并配合甲方共同完成自动的投入，实现自动投入率达100%。

2.2.5提供DAS、MCS、FSSS、SCS以及控制器间硬接线的I/O清单和接线图，子系统间的I/O通讯点清单，及汇总后提交联络会确认的所有I/O清单。

2.3甲方工作范围

2.3.1甲方将提供下列设备和服务:

2.3.1.1所有DCS机柜的现场就位和安装。

2.3.1.2所有现场设备与DCS端子间的接线工作。

2.3.1.3按乙方要求提供DCS接地和接地所需电缆。

2.3.1.4PID图纸和初步的过程I/O清单。

2.3.1.5DCS设备现场卸货和安装所需的劳动力及服务。

2.3.1.6审核乙方提供的图纸及技术文件。

2.4规范和标准

本技术规范中涉及的所有规范、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,即以本DCS合同生效之日作为采用最新版本的截止日期。

若发现本技术规范与参照的文献之间有不一致之处，乙方应向甲方指明。

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

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）

SAMAPMC22.1

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

DL5000-2000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

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

3技术要求

3.1总则

3.1.1DCS至少包括以下主要功能，以满足各种运行工况的要求,确保机组安全、高效运行。

数据采集与处理系统（DAS）；

模拟量控制系统（MCS）；

锅炉安全监控系统（FSSS）；

锅炉辅机顺序控制系统（SCS）；

3.1.2DCS应由分散处理单元、数据通讯系统和人机接口组成。

3.1.3DCS系统应易于组态,易于使用,易于扩展。

3.1.4DCS的设计应采用合理的冗余配置和诊断至通道级的自诊断功能,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。

3.1.5DCS的过程I/O及控制功能子系统（如前所述的DAS、MCS、FSSS、SCS等）或按工艺流程合理组态在各处理器内，系统设计应结合工艺系统的特点，并遵循功能分散和物理分散的原则，且其布置应反映被控设备和系统在功能上的分组。

系统的参数显示、报警和自诊断功能应高度集中在显示器上和在打印机上打印。

3.1.6在工程设计过程中，若由于相关技术条件和要求的变化，需要对控制功能及过程I/O组态进行修改，在不超过合同I/O总量的前提下，乙方应及时更新设计而不追加费用。

3.1.7乙方应提供一套GPS装置，并使DCS的时钟与卫星时钟信号同步。

还应考虑与本项目主装置协商全厂GPS的统一设置模式。

3.1.8DCS设计应遵循以下故障安全准则：

（1）单一故障不应引起DCS系统的整体故障。

（2）单一故障不应引起锅炉系统的误动作或拒动作。

（3）控制功能的分组划分应使得某个区域的故障将只是部分降低整个控制系统的控制功能，此类控制功能的降低应能通过运行人员干预进行处理。

（4）控制系统的构成应能反映电厂设备的冗余设置，以使控制系统内单一故障不会导致运行设备与备用设备同时不能运行。

3.1.9为了上述故障安全准则，控制系统应包括各种可行的自诊断功能，以便内部故障能在对过程造成影响之前被检测出来。

此外，保护和安全系统应具备通道冗余和测量多重化以及自检和在线试验的手段。

3.1.10当采用功能子系统方式组态时，如保护子系统与模拟量子系统合用同一信号，该信号应首先进入保护子系统。

3.1.11乙方应严格遵守国家经贸委颁发的《电网和电厂计算机监控系统及调试数据网络安全防护规定》的要求，所供系统不得直接与电厂管理信息系统（MIS）及办公自动化系统进行接口。

DCS应采取有效措施，以防止各类计算机病毒的侵害和DCS内存储器的数据丢失；同时乙方还应在DCS内设置放火墙，对DCS网络与所有外部系统之间的通讯接口（网关、端口）进行实时在线监视，有效防范外部系统的非法入侵和信息窃取。

3.1.13整个系统DCS的可利用率至少应为99.9%。

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。

本工程要求所供DCS的各子系统类型应完全一致。

3.2.1.2系统内所有模件均应是低散热量固态电路，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,而是在机柜内的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,以减少备件的范围和费用支出。

安装于现场DCS模件设备应具有足够的防护等级和有效保护措施，以保证在恶劣的条件环境下正常工作。

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。

功能处理器模件应使用I/O处理系统采集的过程信息来完成模拟量控制和数字量控制。

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，电池的在线更换不应影响模件的工作，电源失效应报警。

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,数据通讯总线故障时,处理器模件应能继续运行。

此外机组总线故障时处理器模件应能继续运行。

3.2.2.5每个处理器对包括两台处理器模件，每个处理器模件都是一个独立的自治系统，其中一台处理器模件工作，另一台处理器模件处于热备用。

当工作处理器模件故障退出运行时，备用处理器模件应无扰地自动投入工作而不需要人工干预，且在操作员站报警。

3.2.2.6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。

3.2.3过程输入/输出（I/O）

3.2.3.1I/O处理系统应具备“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所有模拟量输入信号每秒至少扫描和更新4次，所有数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次以上，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8次以上，数字量输入信号应达到每秒扫描20次以上。

3.2.3.4应提供热电偶、热电阻及4～20mA信号的开路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。

如果输入接点信号在4毫秒之后仍抖动，模件不应接受该接点信号。

当控制器I/O通道板及电源故障时应有必要措施确保工艺处于安全的状态不出现误动。

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，不能引起任何设备的故障或跳闸。

3.2.3.9乙方的整体I/O分配方案应满足安全和负荷均衡的要求，并经甲方审核通过（如乙方的I/O分配方案不能满足上述要求，由此而引起的硬件增加费用由乙方自行承担）。

3.2.3.10在DCS系统故障和电源丧失时,其输出应确保被控设备趋于安全状态。

3.2.3.11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，应不损坏系统及模块，在所有类型的输入信号有短路、开路或接地时应保证模块不损坏。

3.2.3.12每8个模拟量输入点每通道有一个单独的A/D转换器，每一个模拟量输出点应有一个单独地D/A转换器。

每一路热电阻输入应有单独的桥路。

此外，所有的输入通道、输出通道及其工作电压，均应互相隔离。

3.2.3.13在整个运行环境温度范围内,DCS精确度应满足如下要求：

模拟量输入信号（高电平）±0.1%，模拟量输入信号（低电平）±0.2%；模拟量输出信号±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确度的要求。

3.2.3.14对于有防爆要求的应用场合，当现场采用本安型仪表设备时，相应的I/O通道应考虑配置与之匹配的安全栅；所有与其他控制系统连接的模拟量输入/输出应配置独立的信号隔离器。

当安全栅和信号隔离器需外部电源时，乙方应负责提供。

3.2.3.15I/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二线制变送器的24VDC电源。

对1～5VDC输入,输入阻抗必须是500KΩ或更大。

每个模拟量输入信号与数字转换回路之间具有250VDC下100MΩ或更大的隔离阻抗。

（b）.模拟量输出:

4～20mA或1～5VDC可选,具有驱动回路阻抗大于600Ω的负载能力（部分应用回路应具有大于1KΩ的负载能力）。

负端应接至隔离的信号地上。

系统应提供24VDC的回路电源

（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。

“查询”电压为24～120VDC。

（d）.数字量输出:

数字量输出模件应采用电隔离输出，并通过中间继电器驱动电动的控制装置。

在后一种情况，乙方应提供中间继电器、继电器柜及可靠的工作电源。

所有的中间继电器应至少提供两副SPDT接点，接点容量（安培数）应至少满足如下要求：

接点形式

230VAC

115VDC

230VDC

Ⅰ-接点闭合（感性回路）：

10A

Ⅱ-连续带电：

Ⅲ-接点分析

2.5A

0.25A

0.1A

乙方应提供中间继电器、继电器柜及可靠的工作电源，中间继电器应选用优质产品，并经甲方确认。

乙方应提供少量大接点容量的中间继电器用于电气直流控制回路。

（e）.热电阻（RTD）输入:

有直接接受三线制（不需变送器）的Pt10Ω、Pt100Ω等类型的热电阻能力,并且乙方应提供这些热电阻所需的电源。

（f）.热电偶（T/C）输入:

能直接接受分度号为E、J、K、T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,应在过程站内完成而不需要通过数据通讯总线。

模数转换精度为满量程的±0.1%或0.1︒F。

每个输入信号应具有可选择的断偶上/下限保护。

（g）.脉冲量输入:

每秒能接受6600个脉冲。

脉冲信号的频率、宽度和信号特性在设计中确定。

3.2.3.16乙方应对传感器及输入、输出信号的屏蔽提出建议,以满足其系统设计要求。

但是,系统应能接收采用普通控制电缆（即不加屏蔽）的数字量输入和输出。

3.2.3.17分散处理单元之间用于跳闸、重要的联锁和超驰控制的信号，应直接采用硬接线，而不可通过数据通讯总线发送。

3.2.3.18乙方除提供规定的现场输入输出通道外，还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、电源电压检测点及各子系统之间的硬接线连接点。

3.2.3.19所有输入输出模件应能抗共模干扰电压500V，继电器输出能抗共模电压350V。

3.2.3.20系统具有强大的抗干扰能力，应有90分贝的共模抑制比，60分贝的差模抑制比（50赫兹）。

3.2.3.21现场I/O信号数量估计如下:

信号形式

#1锅炉

#2锅炉

公用系统

1#汽机系统

2#汽机系统

汇总

I/O

4-20mA

174

108

584

RTD

258

115

288

4-20mA

393

215

170

1341

194

576

SOE

合计

960

491

395

3201

注：

（1）表格中的数字为拟采用DCS实际I/O点数。

（2）上列I/O数量不包括备用点，亦不包括DCS内部的硬接线联系点（如MCS至DAS,FSSS至SCS等）及上述第3.2.3.17、3.2.3.18 点要求的附加点。

乙方除考虑上述点数以外，还应按规定考虑增加25%备用点。

（3）以上表格中估算的I/O数量是根据现有的工艺系统的资料统计的，最终订货以施工图Ｉ／Ｏ信号为准。

（4）乙方在进行I/O点分配站时，站内点数不得大于300点、站内模件及端子板布局合理。

（5）为防止强电侵入破坏卡件和信号干扰，AI（4-20mA、RTD、TC）、AO、DI类型的信号建议使用信号隔离器。

3.2.4网络通讯、网关

3.2.4.1本工程有辅助设备与DCS之间通讯，要求建立一通讯站专与其他设备之间进行连接与DCS组网，并提供相应的连接口、通讯线及软件等连接设备，如：

吹灰程控装置、脱硫除尘控制系统、现场有关PLC等。

3.2.5外围设备

3.2.5.1报警、记录打印机和图形打印机

（1）整个工程提供1台激光打印机,带并口和USB接口，用于工程师站。

（2）整个工程提供1台彩色激光A3/A4文件记录打印机。

打印输出分辨率至少720DPI，打印速度大于12PPM（A4），打印机存储缓冲空间大于6M字节，打印机带网络接口，USB接口。

用于操作员站。

3.2.5.2显示器和键盘

（1）LCD液晶显示器应至少满足以下要求：

所供显示器应为LCD显示器，至少应为64位真彩色，屏幕尺寸不小于21英寸。

（2）每台显示器应有其独立的显示发生器。

（3）鼠标器、跟踪球或光笔应作为可选的光标定位装置。

（4）供方应提供11台LCD显示器，8台供操作员用（两台炉共4台、两台汽机共2台、公用2台）,1台供值长用（调看画面不操作），2台安放在工程师站内，其中1台作为工程师站用，另1台作为历史数据站用，每台LCD显示器配置一个专用键盘。

同时提供1台笔记本电脑作为移动工程师站用。

移动工程师站在合同签订收到预付款后10日内提供，并安装系统软件、组态软件等所有必要的软件等，以供招标方培训使用。

配置两个报警音箱，实现语音报警功能，并通过在屏幕上设置软键进行消音。

（5）乙方应分别提供安放操作员站、工程师站设备的操作台，集中控制室操作台为标准操作台不锈钢结构，美观、大方、便于操作，满足集中控制室整体布置的要求。

投标时甲方应提供一种以上常用的操作台外型组合供乙方选择,并注明面板材料。

3.2.5.3GPS时钟装置

（1）GPS时钟装置应包括天线、接收器、整套装置

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