DCS设计清单标准化生成系统的设计与实现

张 旭，姚 璋

（中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213）

0 引言

在DCS控制系统的硬件设计过程中，设计人员主要通过图和表的方式来描述整个系统，用以对生产、装配、测试等作业进行指导[1，2]。硬件设计图纸通常会包括IO模块配置、供电接线信息、网络配置、IO信号信息等内容。在详细设计阶段，需通过IO分配清单、柜间电缆清单、端接清单、网络连接清单、设备清单等清单类文件来具体描述机柜内的信号、供电等接线关系。这部分清单文件包含丰富的信息，在编制过程中如通过手工编制的方式，则需投入大量的人力和时间，且难以避免人因失误，如能采用自动生成清单文件的方式，可有效地提高工程效率和质量。

Eplan是一款成熟的电气工程辅助软件，具有强大的设计功能和丰富的标准化数据库，目前已广泛应用于工程设计中[3]。Eplan中提供了按照标签内容进行设置的基础报表，其内容虽然支持个性化定制，但覆盖性不足，只能实现标签信息的导出，不能处理复杂逻辑[4]。在工程应用中需要先从Eplan导出清单到Excel格式文件，再对Excel进行二次处理。本文利用Eplan软件的API接口，根据IO分配清单和线缆清册等清单类文件的特定格式进行定制化开发，设计并实现了一套DCS设计清单标准化生成系统。

1 功能分析

DCS系统设计从初始的系统需求、技术要求出发，在总体方案形成之后，经过软硬件需求分析、软硬件初步设计、软硬件详细设计、软硬件实现一系列阶段后，得到集成的可应用系统。DCS设计清单的编制主要发生在硬件详细设计阶段，其上游输入为DCS技术方案、软件算法组态、初步IO清单等。DCS设计清单主要包括了IO分配清单、端接清单、网络连接清单、柜间电缆清单、设备清单等。

1.1 IO分配清单

IO分配清单是标明了IO点名称、信号说明和各类参数的表格，主要定义了IO点的名称、数据类型、信号描述、量程、来源/去向、接线设备、调理分配和隔离信息等，为机柜接线原理图提供设计输入，同时也可以为生产制造、工程测试及后续维护提供参考。

IO分配清单的编制需要结合DCS系统设计要求及平台特点，参照基本设计阶段的初步IO清单、仪控功能图、产品基线和机柜布置图等相关信息，为各IO点配置相应的IO模块，将DCS的硬接线信号进行合理地分配布局，将初步IO清单中各信号点的顺序进行对应调整并填入IO模块硬件信息。

IO分配清单包含AI（模拟量输入）清单、AO（模拟量输出）清单、DI（数字量输入）清单、DO（数字量输出）清单四种，每种清单均由两部分组成：信号输入信息部分和信号调理分配信息部分。信号输入信息部分内容包括变量名、类型、量程范围、安全行为、说明、信号通道、模块型号、端子号和供电来源等，用以指导模块的配置和接线设计；信号调理分配信息部分内容包括信号来源、端子号、供电类型和调理模块型号等。

1.2 线缆清册

线缆清册是DCS系统内或系统与外部系统的所有接口端接信息的总称。线缆清册中包含了电缆信息、电缆起点信息、电缆终点信息及其他信息等内容，其中电缆信息包含电缆编号、电缆类型、线芯数、电压等级（仅适用于电力电缆）、列、颜色、长度等内容；电缆起点信息和终端信息包含信号名称、信号类型、房间号、机柜号，端子排号，端子号，端子属性、参考图纸、接地等内容；其他信息为线缆的辅助信息，用于版本控制及输入追溯等，主要包含信号描述、敷设路径、版本等。

为便于工程实施和维护，线缆清册按接口、系统、敷设路径等不同的划分原则，分为端接清单、柜间电缆清单、网络连接清单三种文件[5～7]。

1.3 示例说明

1.3.1 典型DCS系统组成

以某DCS系统为例，其结构由预处理站、现场控制站、调理分配站组成，如图1所示。

图1 DCS平台结构图

预处理站将控制站与现场仪表与传感器连接起来，通过预处理站将模拟量、开关量、热电偶以及热电阻信号与AI以及DI能够采集、识别的模拟量及开关量信号相互转换。控制站是完成控制功能的核心站，由主控模块、通信模块、扩展模块、输入模块、输出模块和电源模块等组成，具有输入输出、网络通信和数据逻辑处理功能。经过控制站处理后的信号需要再通过调理分配站，经过必要的信号转换后通过输出模块输出到现场执行器。

1.3.2 清单内容描述

IO分配清单一般以控制站为单位进行编制，预处理站的相关信息放在控制站信号的调理分配部分进行表示。

端接清单主要为DCS系统与外部系统间的接线关系，分为供电端接清单、接地端接清单和信号端接清单。

柜间电缆清单主要为DCS内部机柜间信号连接信息，包含大量信号分配的情况，在编制清单时需要根据实际情况在电缆信息中显示出信号通过隔离分配模块进行信号分配的内容。

网络连接清单主要描述机柜内部主控机箱与扩展机箱之间、不同机柜间的光纤网络连接等信息。

2 功能设计

对清单文件进行标准化生成时，按照如图2的流程进行。根据DCS技术方案、软件算法组态、初步IO清单等输入文件依次生成网络连接清单、IO分配清单、端接清单、柜间电缆清单和设备清单各文件[6，7]。

图2 清单标准化生成流程

具体步骤如下：

1）根据软件算法组态确定网络信号的数量、来源去向、传输路径等以得到网络连接清单；

2）将初步IO清单的信号根据来源去向以及不同的级别进行信号分配及模块配置以得到IO分配清单；

3）根据DCS技术方案和IO分配清单进行接线原理图、布置图的设计；

4）根据信号接线原理图完成端接清单、柜间电缆清单的编制；

5）根据布置图完成设备清单的编制。

2.1 IO分配清单

图3 IO分配清单

IO分配清单的信息整合自初步IO清单、控制站的硬件设计图纸、信号预处理站的硬件设计图纸。标准化生成内容包括三步：控制站图纸信息提取、预处理站信息提取、信息汇总整合。

每一个IO分配信号包括一条其在控制站中的卡件通道分配信息，以及一条或多条其在预处理站信号分配的信息，其信息数与其信号分配个数有关。控制站图纸中包含了该信号的通道分配、量程、单位、描述等信息，控制站图纸信息提取模块将上述信息由Eplan图纸中导出，留待后续信息整合使用。

预处理站图纸中包含了信号的一分多信息，即如何使用分配模块将一个信号分配为多个信号。考虑到级联的情况，信号在预处理站的信息可能有多个。预处理站中的信息与控制站中的信息依靠变量名实现对应。

最后将初步IO清单中的信息填充至上述信息结构中，IO分配信息的结构体如图4所示。

图4 IO分配信息示意图

2.2 端接清单

端接清单的生成流程如图5所示，柜间电缆清单、网络连接清单的生成过程与端接清单类似。

图5 端接清单生成流程

在Eplan中，信号的去向信息填写在PLC端子的“地址”属性或端子的“用户定义”属性中，需要遍历所有页面的所有端子，查询其属性，针对填充了该属性的端子，在去向列表中查找，如不存在，则增加记录。

以C#语言实现为例，其核心代码如下：

对应去向列表，为每种去向建立一个Excel worksheet。再次遍历图纸，读取每一个对外信号，在对应去向的worksheet中建立信号线制的框架。框架的选择取自信号的属性，如二线制，三线制等，并在该框架中填入信息。当所有信号信息填写完成后，即完成的端接清单的自动生成。

设备清单

设备清单以导出图纸中的设备信息为主，其中，需要的逻辑处理包括略过PLC端子（用于表示设备的连接）、略过一些小型设备或辅件（如继电器底座、指示灯底座）、略过机柜自带辅件（如汇流条、柜体自带门限开关）等。设备清单自动生成流程如图6所示。

图6 设备清单生成流程

3 功能实现

3.1 运行环境

本系统在可在Windows7环境下运行，搭载软件为Visual Studio、Eplan和Office Excel。使用C#语言编写了动态链接库格式的函数库，可通过Eplan中的API接口加载运行，在Eplan的功能选项卡中增加了清单标准化生成功能按钮，可以选择性生成对应的清单。

3.2 功能测试

在漳州核电1、2号机组安全级DCS供货项目应用本系统，生成的设计清单如图7所示。生成的设计清单格式与输出文件要求一致，可直接应用于后续测试阶段。经统计，清单标准化生成系统可有效提高清单文件编制效率，将人均编制时间缩短至原先的1/5。

图7 设计清单生成示例

4 结语

针对基于Eplan软件的硬件设计系统，在Eplan中完备、规范化填写信息，在此基础上利用标准化清单生成系统自动生成清单文件，可有效地提高设计效率和质量。本文所设计的设计清单标准化生成工具已在漳州核电1、2号机组安全级DCS供货项目中得到应用，取得了较好的使用效果。