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1、DCS 性能测试内容、测试方法简介一、概述1. 关于必要性目前，DCS 已广泛应用到各火力发电厂以及其他过程控制系统中，数量巨大，品种繁多，如何进行横向比较、并为新建机组设计选型提供依据。在 DCS 投产后作为对系统验收的技术手段。DCS 在实际运行中也逐渐暴露出一些问题，小到运行维护的不便， 大到 DCS的全面瘫痪，如何提前预知系统的情况。在运 DCS 的适应性问题， 如何判定其还满足及适应当前过程控制的需要（技术性和功能性方面）。. 2. 我室本项目开展的相关情况2.1 我室测试方案所含内容最早，在进行数据采集系统（DAS系统）性能测试方面的研究，参考规范为“JJG 1048-95数据采集
2、系统校准规范” ， 但该规范的测试对象偏重高速数据采集系统，与电厂控制中的DAS 系统有不小的区别，但其中系统抗干扰能力测试等项目被吸收到后来的DCS 性能测试方案中。DCS 测试的实际需求及相关测试规范的出现，使我们的工作转到DCS 性能测试上来。“DL/T 659-1998 火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程”为我们的测试工作提供了主要依据， 但该规范只对 DCS 的相关性能提出了测试要求，但对实现方法并未作明确的和过多的表述。通过我们的努力， 对规范中绝大多数测试项目形成了具体的测试方法。另外，考虑到 DCS 中通信网络的重要性，参照常规局域网络现有的测试项目和仪器，增加了一些对网络
3、链路层及物理层的测试项目（其中对于物理层的测试因仪器购置问题还未正式开展） 。综上，我室的 DCS 性能测试方法是以“ DL/T 659-1998火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程” 为主，并包含了测量系统抗干扰能力、网络性能测试方面内容的一套方法。2.2 应用情况最早应用在珠江电厂控制系统改造后的评价测试中，然后逐步应用到各新建机组的 DCS 性能测试，以及在运的DCS检修中的测试。实际测试中，根据用户需求，有全项目的测试和部分项目的测试。已测试的 DCS 有新华的 XDPS 、 贝利的 INFI90 、 西门子公司的 TELEPERM XP 、以及西屋、哈特曼布朗、和利时、三菱等公司的
4、DCS 系统。3. 目前存在的问题由于对规范的理解还不充分，个别项目的测试可能存在理解上的偏差；规范上个别项目的描述不太清晰，定义不明，使得测试工作不好开展；网络测试部分， 我们的测试仪器只能对以太网进行测试，对于一些 DCS 采用的其他协议的网络还无法进行测试工作。如何进一步完善测试项目，如针对“25 项反措”中防止DCS 失灵，制定测试项目，评估当前系统各方面存在的缺陷。4. 主要测试仪器概述序号名称型号主要技术参数用途1 多功能热工信号校验仪（DRUCK ）TWX 量程：（输入 /输出）（0-24）mA 、 (0-500)(0-10)V 、 (0-100)mV 分度号： K、J、E、T、
5、R、S、Pt100 等精度： 0.02% 用 于 通 道 校验、抗干扰试验 中 的 参 考信号2 可编程脉冲发生器（自制）自制同时输出4 路脉冲宽度可调的脉冲，时间精度0.1ms SOE 测试3 高速数据采集器（ 北 京 优 采 公司、软件自制）UA300A 量程：（0-10）V 精度： 0.05% 控 制 器 运 算周期测试4 多功能数字信号源（ FLUKE ）5500A 直流电压、电流抗 干 扰 能 力测试序号名称型号主要技术参数用途交流电压、电流精度： 0.01% 5 数字万用表（FLUKE ）FLUKE187 量程： DCV 、ACV 、DCA 、ACA 等精度： 0.1工具二、DCS
6、 测试项目DCS 测试项目从其性质来看，可将其粗分为两类性质的项目：功能型、参数型、1. 输入和输出功能检查该项目主要检查输入通道测量、显示、计算、滤波、报警等功能。1.1 I/O通道精度测试基本上类似于通道校验，对模拟量I/O 、DI、DO通道进行测试。模拟量I/O通道（含热电偶、热电阻通道）选择5 点进行精度校验。 DI 通道进行噪声容限的检查。 DO 通道目前仅对通断进行检查，意义不明显。1.2 输入参数真实性判断功能的检查可与 I/O 通道精度测试同时进行。1.2.1 超量程时 CRT显示对前述选取的（ 420）mA 输入通道、热电偶、热电阻测量通道，缓慢输入超过量程的信号，在超过量程
7、上限约10%、下限量程 -10%处在工程师站及操作员站的 CRT 上均能正确指示坏值，应符合规范要求。1.2.2断开输入回路时CRT 显示人为断开前述所选AI 输入通道的测量回路，在工程师站及操作员站的CRT均有相应坏值指示，符合规范要求。1.3 输入参数正确性修正功能检查1.3.1主汽流量、汽包水位的修正功能通过组态图检查主汽流量及汽包水位的温度、压力修正功能， 逻辑结构及参数设置正确。该项目作为DCS 测试项目感觉有点不太适合，因与具体的组态实现有关，应属于 MCS 的内容。1.3.2热电偶通道冷端温度补偿对所选热电偶测量通道解开外部输入连接线，将输入短接，CRT 上显示冷端温度，该功应正
8、常，并符合其技术说明书的要求。3 输入参数二次计算功能检查输入参数二次计算功能指AI 模件对测得的信号进行工程量转换（含流量开方运算等）、限幅等。实际一般做法是检查给水流量信号开放运算处理正确功能；检查 A、B 侧主汽温自动选择功能（平均值选择、大值选择、小值选择功能）；检查凝结器补水流量显示及累计功能。组态对开方、平均、差值、最大值、最小值和累计值的计算功能均正确。1.3.4输入参数越限报警功能检查规范规定系统测量通道可由组态在其整个量程范围内设置其报警点，当测量值达到报警设定值后， 在工艺画面上相应测点变色，以提醒操作员注意。 一般做法是测试 选取两路 AI 通道进行测试，在单点组态中设置
9、其量程的20%为低限点，80%为高限点，如组态支持还可设置切换差，对报警点的上切换值、下切换值进行测试，切换差应满足技术说明书要求，或一般说来小于其通道的允许误差。1.3.5输入参数数字滤波功能检查检查通道数字滤波功能，该功能一般采用一阶惯性环节实现滤波功能。一般做法是：选择一路AI 测量通道，分别设置通道滤波时间常数为2、5、8秒，加通道量程 的 50%正、反向阶跃信号，记录通道相应曲线，通过估算其时间常数确认滤波功能正确。2. 人机接口检查2.1 操作员站和工程师站基本功能检查各操作员站的工艺流程画面调出、运行操控、报警提示及浏览、SOE 事故记录查阅等基本功能均正常。操作员站的组态逻辑调
10、出、实时监视、参数修改、组态修改、控制站状态监视等基本功能均正常。2.2 操作员站之间的闭锁和保护功能的检查同时在 2 台不同的操作员站（ OIS）上调出某相同设备（如某软手操站或某执行机构）进行相反方向的操作，先操作的OIS 自动屏蔽后操作的OIS 的操作，直到先操作的 OIS 上的操作停止为止。操作员站之间的闭锁和保护功能正常。3. 显示功能检查3.1 显示分区的划分及使用方法的检查操作员站画面通过菜单形式可进入到各工艺流程主画面及主要功能画面，在主画面中可通过画面上相关按钮进入更详细的子画面。3.2 显示画面种类及数量的检查显示画面种类包括流程图、参数图、实时趋势图、历史趋势图、棒形图和
11、报警图等，满足机组运行的监视及操控需要。3.3 画面更新频率及更新数据量的检查选取操作员站上各类型画面，测量其调出相应时间，如台山电厂3 号机组DCS 的测试数据如下：序号画面调出操作方式调出时间（秒）画面数据量1 从下拉菜单“Plant” 进入画面“DISPLAY OVERVIEW ”1 约 50 点2 从画面“DISPLAY OVERVIEW ” 进入画面“TURBINE DRAIN ”1 约 50 点3 从画面“ DISPLAY OVERVIEW ”进入画面“ HP/LP BYPASS”1 约 50 点4 从下拉菜单“ Plant”进入画面“ EXTR/HEATER ”1 - 5 从画面
12、“ PROCESS OVERVIEW”进入趋势画面3 约 3.0 - 6 从画面“ PROCESS OVERVIEW”进入趋势画面20 约 2.7 - 7 进入 SOE画面1 - 8 调出画面“ AIR&FLUEGAS ”约 1 - 4. 系统容错能力的测试系统容错能力包括：供电系统的冗余切换功能、键盘操作容错功能、通信容错能力及 过程控制站（ DPU ）的容错能力。4.1 供电系统切换功能测试该项目目的是检查DCS 供电系统的冗余功能是否正常。 目前 DCS 一般采用APS 和 UPS 两路冗余供电，当其中一路电源失去，系统应实现自动无扰切换。因此测试方法也是，先切除一路电源，观察各DPU、
13、工程师站、操作员站等设备是否掉电重启。然后恢复该路电源，并进行另一路的切换。进行该项测试时应首先弄清系统的供电方式、切换方法以及各路电源所带负载的范围。4.2 键盘操作容错测试选取了两台操作员站及一台工程师站的键盘，多次按下未经定义的单键和双键时，系统无出错和死机情况出现，符合规程要求。4.3 通信容错能力测试该项目是用来检查通信系统的冗余切换功能是否正常。需注意的是，DCS通信系统往往是分层结构的，如实时网与数据网，以及DPU 内的通信总线等，因此应分别测试。另外，各层网络对于不同的生产商，其网络拓扑也有不同，如星型与环网型等，冗余的方式也可能不同，如交换机的冗余、通信卡的冗余等，因此测试前
14、应弄清网络拓扑、 运行协议、 冗余方式等情况， 针对其每一项冗余措施来进行测试。一般做法有进行通信模件冗余测试、HUB 或交换机冗余、通信电缆冗余的测试。4.4 过程控制站的冗余功能测试在 DCS 中过程控制站一般都采用冗余方式运行，一台作为主站运行，另一台处于热备用状态，及随时监视主控制站的运行情况， 一旦检测到主控制器故障，付控制器立即无扰切换到主运行方式，期间不得丢失数据或产生错误输出。测试中一般做法时使主DPU 模件停止或掉电，使付模件切换，期间检查操作员画面、工程师站画面、以及M/A 站（模拟投入自动）是否有状态的变化。5. 时钟同步精度测试本项目用于测试各DPU 站的时钟是否同步，
15、只有时钟同步，各站的信号才能进行精确的时间比较，而实际上，有些DCS 的时钟无法做到精确同步，因此在如 SOE 等对时间顺序要求严格的场合采用了特殊的处理，如将所有 SOE 通道集中在同一个 DPU 站内。一般测试方法是，将多路可编程顺序脉冲发生器的各输出接到至少3 个不在同一 DPU 站的 SOE 通道上，然后发出时间间隔为0ms的相同脉冲，通过SOE的时间记录检查其时间是否相同；如果无法在其他 DPU 站上找到 SOE脉冲，则只能找 DI 通道代替，由于DI 通道的延时去抖功能，使得测得的时间无法正确反映信号发生的时刻，因此只能得出时钟同步精度不低于多少的结论。6. SOE 时间分辩力测试
16、该项目用于评定 SOE 通道对事件发生的时间分辨力，这包括同一 SOE 模件通道的时间分辨力和不同SOE 模件通道的时间分辨力，因此应分别测试。按照规范要求， SOE时间分辨力应在（ 12）ms 内。6.1 在同一 SOE 卡件上的时间分辩力测试选择某模件 的 4 个通道进行测试。 通过输入各时间 间隔不同 的多路脉冲，查看其能正确分辩时间间隔的能力。如从2ms 时间间隔开始发出信号，注意对每一个时间间隔点发出的信号脉冲应是正反顺序两个方向，即按所接的通道顺序，以顺序和反序分别发出间隔脉冲，主要作用是防止所发脉冲顺序与SOE 模件的采样顺序相同而使测试结果错误。6.2 不在同一 SOE卡件上的时间分辩力测试方法与在同一 SOE 卡上的时间分辨力测试方法相同，只是所选通道应分布在不同的 SOE 卡件上（一般在同一DPU 内） 。7. 控制器处理周期测试该项目用于检查各控制器的运算周期是否稳定，以判断 DPU 运算的稳定性、可靠性，以及 DPU 内组态的运算负荷分配是否合理。控制器计算周期不稳定可能会给一些实时性要求高的应用带来不确定性，对于在组态中有通
