完善分散控制系统性能与应用功能测试方法的探讨

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（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.浙能乐清发电有限公司，浙江乐清325909）

完善分散控制系统性能与应用功能测试方法的探讨

黄勃1，卢化1，樊健刚2

（1.浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；2.浙能乐清发电有限公司，浙江乐清325909）

分散控制系统（DCS）性能与应用功能测试是DCS检修维护中的基础工作，也是诊断确认DCS健康状态的手段之一，虽在DL/T 659规程中对测试方法与要求作了规定，但测试项目还不够全面，个别项目的测试方法不够完善或值得商榷。为此，从DCS的实际应用且易于实际测试的角度出发，对部份DCS性能指标给出了具体的测试方法。

分散控制系统；性能；测试方法；完善

0 引言

随着发电机组的容量和规模的成倍增长，分散控制系统（DCS）的可靠性水平，已成为确保发电机组以及电网系统安全、稳定、高效运行和满足节能环保要求的关键。为确保其运行可靠性，需要维护人员利用机组检修机会，对控制系统的性能与应用功能进行规范和定期的测试，以建立DCS系统各项性能指标的历史数据，并检查机组DCS控制系统的实际功能、指标参数等是否符合设计要求和满足有关标准的规定要求，尽早发现DCS中的缺陷和指标变化，提前采取相应措施。

DL/T 659《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》（以下简称规程）中，对DCS的性能与应用功能测试项目及方法作了规范，但还不够全面，有的测试项的测试方法不够具体，个别测试项的方法值得商榷。因此，有必要从实际应用且易于实际测试的角度出发，对性能测试中尚未很好开展的一些项目测试方法进行探讨，加以补充和完善。

1 抗干扰性能的测试

1.1 模拟量测量通道的共模抑制比和串模抑制比

电磁干扰的种类很多，但作用于DCS主要有共模和串模2种方式，在技术参数上是AI模件的共模抑制比和串模抑制比参数。规程没有规定对AI模件的抑制比参数进行测试，但据资料显示，一些DCS的AI模件共模抑制比和串模抑制比参数的测试结果，不能满足该技术指标的要求，导致易发生干扰信号影响参数的正常显示，因此应开展这方面的测试工作。

1.1.1 共模抑制比参数测试

图1为共模抑制比参数测试接线示意图。

图1 共模抑制比测试接线

（1）选择热电偶输入通道，设置为双端浮空方式；信号源选择电池供电，且应具有强抗干扰能力，输入使CRT显示该通道量程75%的温度稳定信号。

（2）在通道负端对地之间接入直流（或交流）共模干扰发生器，合上开关A后，逐渐增大发生器输出信号，直至被试验的通道信号在工程师站画面上的显示值产生明显的变化量ΔU时为止，记此时的共模干扰电压为Ucd（或Uca，交流的有效值，注意通常不超过500 V，如模件在指标中给出共模电压值，则增大到该值）。

（3）按式（1）、式（2）计算出直流和交流共模抑制比。

直流共模抑制比：

交流共模抑制比：

共模信号引起的通道误差应满足公式：

式中：Ucd和Uca分别为直流干扰信号的大小和交流干扰信号的峰峰值；ΔU为此干扰电压对测量示值所产生的影响量；UC%为输入端子处测得的交流分量峰峰值与该点满量程之比。

1.1.2 串模抑制比参数测试

串模抑制比表征了测量回路对串联引入回路的交流干扰的抑制能力，图2为共模抑制比参数测试接线示意图。

图2 差模抑制比测试接线

（1）将信号源串接交流差模干扰信号发生器（如没有特殊说明，选择50 Hz，小于30 V p-p的交流信号），接入选择的热电偶通道，输入使CRT显示该通道量程75%的温度稳定信号；逐渐增大干扰信号发生器输出，直至被试验的通道信号在画面上的显示值产生明显的变化量ΔU时为止，记此时的干扰电压峰峰值为UM，注意该值不超过模件标称的承压范围。

（2）按式（4）计算被测通道的串模抑制比NMR，计算时注意量纲的一致性，其值应符合模件指标值要求。

式中：Um为干扰电压峰峰值；ΔU为此干扰电压对测量示值产生的影响量。

1.2 DI通道直流噪声容限测试

DI通道的直流噪声容限，指通道能容许多大的噪声电压迭加在输入信号上而不致使输出状态产生改变，可用通道外部电压变化的容许值来表示DI通道的噪声容限，测试接线见图3。

图3 DI直流噪声容限测试接线

1.2.1 通道闭合状态下噪声容限测试

将标准可变电阻箱R接入选择的DI通道，调节R为0 Ω，使通道闭合（测量此时R上电压为0 V），逐渐增大R直到通道翻转为断开状态，记录此时电阻值为RC，测量RC上电压记为UC，即通道接通状态下的噪声容限比，表示接通状态工作时所允许的最大干扰电压值。

1.2.2 通道断开状态下噪声容限测试

断开DI通道输入接线，测量通道电压并记为UC，然后将直流标准电阻箱R（应设其为较大的阻值）接入DI通道，并使DI通道仍保持断开状态，然后逐渐减小R直到通道翻转为接通状态，记录此时电阻值为RO，测量RO上电压记为UO。UC-UO为通道断开状态下噪声容限比，表明通道处于断开状态下所允许的干扰电压值。

2 信号采集实时性测试

2.1 开关量采集实时性测试

选取几个不同的DI点进行测试，利用可编程脉冲信号发生器产生脉冲宽度不同的方波信号，对被测通道进行测试。

（1）在控制器中增加一个计数器功能块，输入端连接被测的DI通道。将可编程脉冲信号发生器输出分别接入被测的DI通道，发出占空比为50%的方波脉冲信号，其个数大于50，宽度等于控制器处理周期（或硬件扫描周期，取二者中的大值）。当确认计数器能正确累计输入脉冲的个数时，逐渐减小脉冲的周期，直到计数器出现丢失脉冲的现象时，之前能正确计数的最小脉冲宽度为该通道采集的实时性，应与控制器处理周期（或硬件扫描周期，取二者中的大值）一致。

（2）按最小脉冲宽度发送多个脉冲串，检查系统的历史报警记录和变态打印记录，能完整地对各次状态的变化进行记录。

（3）上述测试应对控制器设置不同的处理周期，并在每个处理周期下重复进行2次以上。

2.2 模拟量采集实时性测试

（1）在控制器中组态，接受AI通道测量数据的模拟量转换成数字量输出的高电平信号，经高/低限报警模块转换为逻辑信号“1”，低于高电平信号转换为逻辑信号“0”，逻辑信号经计数器功能块计数。

（2）电压型AI通道输入端串接脉冲信号发生器的输出（该输出并接可变电阻器）和电压信号发生器；电流型AI通道输入端串接可变电阻器R1和电流信号发生器（脉冲信号发生器的输出串接另一可变电阻器R2后并接到电流信号发生器上），调节可变电阻器，使输入端接受的高低电平信号差值大于量程的30%。

（3）脉冲信号发生器发出占空比为50%的方波脉冲信号，其个数大于50，宽度等于控制器处理周期（或硬件扫描周期）。当确认计数功能正确累计输入脉冲的个数时，逐渐减小脉冲的周期，直到计数器出现丢失脉冲的现象时，之前能正确计数的最小脉冲宽度为该通道模拟量采集的实时性，应与控制器处理周期一致。

（4）测试应对控制器设置不同的处理周期，并在每个处理周期下重复进行2次以上。

3 控制器模件处理周期测试

测试控制器处理周期时，考虑到炉膛安全监控系统（FSSS）和模拟量控制系统（MCS）的协调控制系统逻辑组态最为复杂，逻辑控制回路较多，相互之间又紧密联系不可分割，控制器的负荷相对较重，所以可以选取这二个控制器进行控制周期的抽样测试。测试时应分别重复10次，剔除测试所得的最大值和最小值，算出平均值，作为该控制器的处理周期。DCS系统测试用组态控制逻辑见图4。

图4 控制器周期测试接线

（1）在被测试的控制器中增加组态逻辑，设置一非门，将非门输出连接到其输入端，并通过一路DO输出，DO输出连接DI输入端（目的是利用该DI通道的查询电压，为示波器提供用来测量的电平信号）并接入录波器，如果通道采用电磁式继电器输出，应拔出继电器，将录波器直接接到继电器的输入控制端。

（2）分别测试模拟量和开关量的处理周期，应满足：一般模拟量控制回路的处理周期不大于250 ms，专用开关量控制回路的处理周期不大于100 ms。快速处理回路中，模拟量控制回路的处理周期不大于125 ms，开关量控制回路的处理周期不大于50 ms。DEH控制回路的处理周期不大于50 ms，用于主保护的专用开关量控制回路的处理周期不大于30 ms。

4 系统响应时间测试

4.1 模拟量控制系统响应时间测试

规程中未给出模拟量操作指令系统响应时间测试方法，以往测试中基本都用秒表记录操作员站键盘指令发出到屏幕上反馈信号显出的时间，该测试方法测得的响应时间受工作人员反应速度的影响。现使用图5的接线方式进行测试可消除人为因素的影响。

图5 控制器周期测试接线

（1）选取任一个调节门控制逻辑，并设置为手动控制方式。

（2）将该调节门输出控制指令的AO端子点，通过硬接线连接本控制器的另一个AI卡件的任一AI通道上（用来记录该点的动作时间）。

（3）在CRT操作画面上，采用设置调节阀开度的方式，由0开始，每次使其输出控制指令阶跃递增量程的25%，直至100%，然后再由100%阶跃递减量程的25%，直至0。

（4）调用操作员事件记录（精确到秒），查看CRT上发出开度命令的时间值。

（5）再调出上述AO点和AI点的历史记录曲线，查出当开度设定值操作命令发出后，其模拟量输出变化到设定值时的时间值（精确到秒）。

（6）第（4）与（5）步中的时间差值即为操作员站发出模拟量控制命令后系统的响应时间。

（7）重复10次取均值作为模拟量操作指令系统响应时间，该值应不大于2.5 s。

（8）将操作员事件记录与历史记录曲线同放在一个窗口内，并将时间光标放在测试点上，然后拷屏、存盘。

4.2 开关量控制系统响应时间测试

规程中提供了开关量操作指令系统响应时间测试方法，但没有给出该时间用什么方法测试或记录系统响应时间。以往测试中也基本都用秒表记录，因此会造成一定偏差，现改为如图6所示的方法。

图6 控制器周期测试接线

（1）选取一个DO控制的电动门控制逻辑。

（2）将该电动门控制指令输出的DO点，通过硬接线直接接至同一控制器的另一个DI卡件的任一DI通道上（用来记录该点的动作时间）。

（3）在CRT操作画面上，操作该电动门的开、关按扭，使该电动门发出开或关的指令。

（4）调用操作员事件记录（精确到秒），查看CRT上发出操作开、关命令的时间值。

（5）再调出上述DO点和DI点的历史记录曲线（精确到秒），查当操作开或关命令发出后，该点的变位时间值。

（6）第（4）与（5）步中的两个时间值之差即为操作员站发出命令的响应时间。

（7）开关操作重复5次取均值，作为开关量操作指令系统响应时间，该值应不大于1.0 s。

（8）将操作员事件记录与历史记录曲线的同一时间点放在一个窗口内，拷屏、存盘。

5 结语

通过对DCS的性能与应用功能的测试，可以较全面、客观地了解主要技术参数是否符合相关规定，并根据测试结果中的问题及时进行处理。如：负荷率大于规程规定值，通过调整组态控制逻辑增加控制器对数来消除；系统响应时间达不到指标，可通过网络改造来满足；控制器冗余切换不正常，通过分析查找原因或更换控制器来提前处理；通过抗干扰性能测试，可掌握DCS抗干扰能力的大小，决定是否采取有针对性的抗干扰措施等。

此外可通过测试数据的累积，建立DCS的测试档案。同时参阅各种DCS的测试结果，可以为新机组的DCS选型提供技术性能方面最为可靠的依据。因此完善DCS的性能与应用功能测试方法，是提高DCS运行可靠性的一项必要措施。

[1]DL/T 774-2004火力发电厂热工自动化系统运行维护规程[S].北京：中国电力出版社，2004.

[2]DL/T 659-2006火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程[S].北京：中国电力出版社，2006.

[3]孙长生，朱北恒，王建强，等.提高电厂热控系统可靠性技术研究[J].中国电力，2009，42（2）:56-59.

[4]王琦.分散控制系统抗干扰性能测试方法探讨[J].中国电力，2008，41（12）:46-49.

[5]孙长生，王建强.浙江省电厂分散控制系统故障原因、处理与建议[J].电力建设，2006，27（2）:66-69.

（本文编辑：杨勇）

Exploration on Improvement of Test Methods for Performance and Application Functions of Distributed Control System

HUANG Bo1，LU Hua1，FAN Jian-gang2
（1.Zhejiang Electric Power Corporation Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Zheneng Yueqing Power Generation Co.，Ltd，Yueqing Zhejiang 325909，China）

The testing for the distributed control system（DCS）performance and application functions is the basis of DCS repair and maintenance and is also one of the methods to diagnose the state of DCS.Although the test methods and requirements are specified in DL/T 659,the test items are not comprehensive enough. The test methods of individual items are not perfect and questionable.Therefore，the detailed test methods for part of performance indexes are put forward for practical application and easy testing.

distributed control system；performance；test methods；improvement

TP273

：B

：1007-1881（2012）07-0050-04

2012-02-13

黄勃（1960-），男，江苏溧阳人，工程师，从事热工自动化系统设计调试工作。