DCS性能測試內容、方法簡介

DCS性能測試內容、測試方法簡介一、概述.關于必要性目前，DCS已廣泛應用到各火力發(fā)電廠以及其他過程控制系統(tǒng)中，數(shù)量巨大，品種繁多，如何進行橫向比較、并為新建機組設計選型提供依據(jù)。在DCS投產后作為對系統(tǒng)驗收的技術手段。DCS在實際運行中也逐漸暴露出一些問題，小到運行維護的不便，大到DCS的全面癱瘓，如何提前預知系統(tǒng)的情況。在運DCS的適應性問題，如何判定其還滿足及適應當前過程控制的需要（技術性和功能性方面）。2.1測試方案所含內容“DL/T659-1998火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)在線驗收測試規(guī)程”為我們的測試工作提供了主要依據(jù)，但該規(guī)范只對DCS的相關性能提出了測試要求，但對實現(xiàn)方法并未作明確的和過多的表述。4.主要測試儀器概述序號名稱型號主要技術參數(shù)用途1多功能熱工信號校驗儀（DRUCK）TWX—II量程：（輸入/輸出）（0-24）mA、（0-500）Q（0-10）V、（0-100）mV分度號：K、J、E、T、R、S、Pt100等精度：0.02%用于通道校驗、抗干擾試驗中的參考信號2可編程脈沖發(fā)生器（自制）自制同時輸出4路脈沖寬度可調的脈沖，時間精度0.1msSOE測試3高速數(shù)據(jù)采集器（北京優(yōu)采公司、軟件自制）UA300A量程：（0-10）V精度：0.05%控制器運算周期測試序號名稱型號主要技術參數(shù)用途4多功能數(shù)字信號源（FLUKE）5500A直流電壓、電流交流電壓、電流精度：0.01%抗干擾能力測試5數(shù)字方用表（FLUKE）FLUKE187量程：DCV、ACV、DCA、ACA等精度：0.1%工具二、DCS測試項目DCS測試項目從其性質來看，可將其粗分為兩類性質的項目：功能型、參數(shù)型、.輸入和輸出功能檢查該項目主要檢查輸入通道測量、顯示、計算、濾波、報警等功能。I/O通道精度測試基本上類似于通道校驗，對模擬量I/O、DI、DO通道進行測試。模擬量I/O通道（含熱電偶、熱電阻通道）選擇5點進行精度校驗。DI通道進行噪聲容限的檢查。DO通道目前僅對通斷進行檢查，意義不明顯。輸入?yún)?shù)真實性判斷功能的檢查可與I/O通道精度測試同時進行。超量程時CRT顯示對前述選取的（4—20）mA輸入通道、熱電偶、熱電阻測量通道，緩慢輸入超過量程的信號，在超過量程上限約10%、下限量程-10%處在工程師站及操作員站的CRT上均能正確指示壞值，應符合規(guī)范要求。斷開輸入回路時CRT顯示人為斷開前述所選AI輸入通道的測量回路，在工程師站及操作員站的CRT均有相應壞值指示，符合規(guī)范要求。輸入?yún)?shù)正確性修正功能檢查主汽流量、汽包水位的修正功能通過組態(tài)圖檢查主汽流量及汽包水位的溫度、壓力修正功能，邏輯結構及參數(shù)設置正確。該項目作為DCS測試項目感覺有點不太適合，因與具體的組態(tài)實現(xiàn)有關，應屬于MCS的內容。熱電偶通道冷端溫度補償對所選熱電偶測量通道解開外部輸入連接線，將輸入短接，CRT上顯示冷端溫度，該功應正常，并符合其技術說明書的要求。1.2.3輸入?yún)?shù)二次計算功能檢查輸入?yún)?shù)二次計算功能指AI模件對測得的信號進行工程量轉換（含流量開方運算等）、限幅等。實際一般做法是檢查給水流量信號開放運算處理正確功能；檢查A、B側主汽溫自動選擇功能（平均值選擇、大值選擇、小值選擇功能）；檢查凝結器補水流量顯示及累計功能。組態(tài)對開方、平均、差值、最大值、最小值和累計值的計算功能均正確。1.3.4輸入?yún)?shù)越限報警功能檢查規(guī)范規(guī)定系統(tǒng)測量通道可由組態(tài)在其整個量程范圍內設置其報警點，當測量值達到報警設定值后，在工藝畫面上相應測點變色，以提醒操作員注意。一般做法是測試選取兩路AI通道進行測試，在單點組態(tài)中設置其量程的20%為低限點，80%為高限點，如組態(tài)支持還可設置切換差，對報警點的上切換值、下切換值進行測試，切換差應滿足技術說明書要求，或一般說來小于其通道的允許誤差。1.3.5輸入?yún)?shù)數(shù)字濾波功能檢查檢查通道數(shù)字濾波功能，該功能一般采用一階慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn)濾波功能。一般做法是：選擇一路AI測量通道，分別設置通道濾波時間常數(shù)為2、5、8秒，加通道量程的50%正、反向階躍信號，記錄通道相應曲線，通過估算其時間常數(shù)確認濾波功能正確。.人機接口檢查操作員站和工程師站基本功能檢查各操作員站的工藝流程畫面調出、運行操控、報警提示及瀏覽、SOE事故記錄查閱等基本功能均正常。操作員站的組態(tài)邏輯調出、實時監(jiān)視、參數(shù)修改、組態(tài)修改、控制站狀態(tài)監(jiān)視等基本功能均正常。操作員站之間的閉鎖和保護功能的檢查同時在2臺不同的操作員站（OIS）上調出某相同設備（如某軟手操站或某執(zhí)行機構）進行相反方向的操作，先操作的OIS自動屏蔽后操作的OIS的操作，直到先操作的OIS上的操作停止為止。操作員站之間的閉鎖和保護功能正常。.顯示功能檢查顯示分區(qū)的劃分及使用方法的檢查操作員站畫面通過菜單形式可進入到各工藝流程主畫面及主要功能畫面，在主畫面中可通過畫面上相關按鈕進入更詳細的子畫面。顯示畫面種類及數(shù)量的檢查顯示畫面種類包括流程圖、參數(shù)圖、實時趨勢圖、歷史趨勢圖、棒形圖和報警圖等，滿足機組運行的監(jiān)視及操控需要。畫面更新頻率及更新數(shù)據(jù)量的檢查選取操作員站上各類型畫面，測量其調出相應時間，如臺山電廠3號機組DCS的測試數(shù)據(jù)如下：序號畫面調出操作方式調出時間（秒）畫面數(shù)據(jù)量1從下拉菜單“Plant”進入畫面“DISPLAYOVERVIEW”<1約50點2從畫面“DISPLAYOVERVIEW”進入畫面“TURBINEDRAIN”<1約50點3從畫面“DISPLAYOVERVIEW”進入畫面“HP/LPBYPASS”<1約50點4從卜拉菜單“Plant”進A@^“EXTR/HEATER”<15從畫面“PROCESSOVERVIEW”進入趨勢畫面3約3.06從畫面“PROCESSOVERVIEW”進入趨勢畫面20約2.77進入SOE畫面18調出畫面“AIR&FLUEGAS”約1.系統(tǒng)容錯能力的測試系統(tǒng)容錯能力包括：供電系統(tǒng)的冗余切換功能、鍵盤操作容錯功能、通信容錯能力及過程控制站（DPU）的容錯能力。供電系統(tǒng)切換功能測試該項目目的是檢查DCS供電系統(tǒng)的冗余功能是否正常。目前DCS一般采用APS和UPS兩路冗余供電，當其中一路電源失去，系統(tǒng)應實現(xiàn)自動無擾切換。因此測試方法也是，先切除一路電源，觀察各DPU、工程師站、操作員站等設備是否掉電重啟。然后恢復該路電源，并進行另一路的切換。進行該項測試時應首先弄清系統(tǒng)的供電方式、切換方法以及各路電源所帶負載的范圍。鍵盤操作容錯測試選取了兩臺操作員站及一臺工程師站的鍵盤，多次按下未經(jīng)定義的單鍵和雙鍵時，系統(tǒng)無出錯和死機情況出現(xiàn)，符合規(guī)程要求。通信容錯能力測試該項目是用來檢查通信系統(tǒng)的冗余切換功能是否正常。需注意的是，DCS通信系統(tǒng)往往是分層結構的，如實時網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)，以及DPU內的通信總線等，因此應分別測試。另外，各層網(wǎng)絡對于不同的生產商，其網(wǎng)絡拓撲也有不同，如星型與環(huán)網(wǎng)型等，冗余的方式也可能不同，如交換機的冗余、通信卡的冗余等，因此測試前應弄清網(wǎng)絡拓撲、運行協(xié)議、冗余方式等情況，針對其每一項冗余措施來進行測試。一般做法有進行通信模件冗余測試、HUB或交換機冗余、通信電纜冗余的測試。過程控制站的冗余功能測試在DCS中過程控制站一般都采用冗余方式運行，一臺作為主站運行，另一臺處于熱備用狀態(tài)，及隨時監(jiān)視主控制站的運行情況，一旦檢測到主控制器故障，付控制器立即無擾切換到主運行方式，期間不得丟失數(shù)據(jù)或產生錯誤輸出。測試中一般做法時使主DPU模件停止或掉電，使付模件切換，期間檢查操作員畫面、工程師站畫面、以及M/A站（模擬投入自動）是否有狀態(tài)的變化。.時鐘同步精度測試本項目用于測試各DPU站的時鐘是否同步，只有時鐘同步，各站的信號才能進行精確的時間比較，而實際上，有些DCS的時鐘無法做到精確同步，因此在如SOE等對時間順序要求嚴格的場合采用了特殊的處理，如將所有SOE通道集中在同一個DPU站內。一般測試方法是，將多路可編程順序脈沖發(fā)生器的各輸出接到至少3個不在同一DPU站的SOE通道上，然后發(fā)出時間間隔為0ms的相同脈沖，通過SOE的時間記錄檢查其時間是否相同；如果無法在其他DPU站上找到SOE脈沖，則只能找DI通道代替，由于DI通道的延時去抖功能，使得測得的時間無法正確反映信號發(fā)生的時刻，因此只能得出時鐘同步精度不低于多少的結論。.SOE時間分辯力測試該項目用于評定SOE通道對事件發(fā)生的時間分辨力，這包括同一SOE模件通道的時間分辨力和不同SOE模件通道的時間分辨力，因此應分別測試。按照規(guī)范要求，SOE時間分辨力應在（1?2）ms內。在同一SOE卡件上的時間分辯力測試選擇某模件的4個通道進行測試。通過輸入各時間間隔不同的多路脈沖，查看其能正確分辯時間間隔的能力。如從2ms時間間隔開始發(fā)出信號，注意對每一個時間間隔點發(fā)出的信號脈沖應是正反順序兩個方向，即按所接的通道順序，以順序和反序分別發(fā)出間隔脈沖，主要作用是防止所發(fā)脈沖順序與SOE模件的采樣順序相同而使測試結果錯誤。6.2不在同一SOE卡件上的時間分辯力測試方法與在同一SOE卡上的時間分辨力測試方法相同，只是所選通道應分布在不同的SOE卡件上（一般在同一DPU內）。.控制器處理周期測試該項目用于檢查各控制器的運算周期是否穩(wěn)定，以判斷DPU運算的穩(wěn)定性、可靠性，以及DPU內組態(tài)的運算負荷分配是否合理?？刂破饔嬎阒芷诓环€(wěn)定可能會給一些實時性要求高的應用帶來不確定性，對于在組態(tài)中有通過運算周期值進行累計運算的場合也會帶來較大的誤差。一般測試方法是，選取不同的功能控制器進行如下步驟的測試：a）在DCS組態(tài)中增加左圖所示的邏輯，并將其輸出直接接到同DPU內的DO通道上。從該圖可知，非門每一次的狀態(tài)變化即表示一個運算周期。 b）將DO輸出接至高速數(shù)據(jù)采集 N0T器（對于DO繼電器可不用取出，由 |于繼電器的滯后僅20ms左右，且穩(wěn)DO定，因此對一般所測的100ms以上運 圖4DPU實際運算周期測試邏輯算周期影響不大）。c）利用采集軟件進行采集，并檢查采集信號各周期信號的高電平和低電平長度是否符合標稱值，是否穩(wěn)定。d）如功能控制器內有不同的運算周期，則改變DPU運算周期（需征得用戶和廠家得同意），再次進行測試。某一測試曲線如下:的10個（或以上）的周期值，計算其平均值，但僅用均值還是不夠的，應采用一指標評定周期的波動范圍，可考用慮標準差，即隨機選取至少5組的連續(xù)10個周期，計算各組平均值，和實驗標準差，再計算各組平均值和標準差的均值，當然，采用人工計算方式比較麻煩，可采用軟件自動計算。.抗干擾能力測試該項目包含3個分項，可以對系統(tǒng)總體抗干擾能力進行評價。系統(tǒng)接地方式檢查DCS系統(tǒng)接地原則是一點接地，及逐級匯接方式。規(guī)范的接地方法應該是，機柜與基礎絕緣，柜內至少應使保護地和信號地分開。保護地排接入現(xiàn)場來電纜的屏蔽層、電源保護地、機柜框架。信號地排專用接入模件信號地線。二者各單設一條帶絕緣層的地線接至電子間總匯流地排，并由總匯流排接至地網(wǎng)。經(jīng)常容易發(fā)現(xiàn)的問題是：機柜與基礎不絕緣、保護地與信號地混接等。目前正在申請的接地電阻測試儀和地線電流測試儀可進一步定量測試系統(tǒng)接地效果，及地電流大小。測量通道抗干擾能力測試測量通道抗干擾能力可通過通道直流（交流）共模抑制比、串模抑制比來定量測試。其值應不小于說明書技術參數(shù)。該項目取自于“數(shù)據(jù)采集校準規(guī)范”2）輸入通道共模抑制比測試（交流要用峰值）按下圖方式接線。給通道輸入端加上一直流電壓，其值為滿量程的1/2?2/3,然后按直流與交流兩種情況分別逐漸增大共模干擾電壓，使通道顯示值有一個明顯的AUcm變化，記錄此時共模干擾電壓值Uc。按下式計算交、直流共模抑制比。直流共模抑制比 CMRRd=20lg(Ucd/AUcmd)交流共模抑制比 CMRRa=20lg(Uca/AUcma)注意：在進行該項測試時，必須確認被測通道為雙端輸入方式(即浮空方式)所加共模干擾信號必須小于技術說明書的規(guī)定值b)串模抑制比測試按下圖方式接線。給通道輸入端加上一直流電壓，其值為滿量程的1/2?2/3,然后逐漸增大串模干擾電壓，使通道顯示值有一個明顯的AUnm變化，記錄此時串模干擾電壓值Un。按下式計算串模抑制比。串模抑制比 NMRR=20lg(Un/AUnm)圖1 圖2注意：在進行該項測試時,所加串模干擾信號必須小于技術說明書上的允許值。c)幾個注意的問題一所加的共?；虼Ｐ盘柎笮〕凉M足說明書要求外，一定要征得用戶和廠家的同意。一通道在受到干擾后的表現(xiàn)可能是示值的漂移或波動、或二者結合。此時應分

別取偏移量、波動量和二者合成值（簡單方和根）作為變化量來進行計算?！敻蓴_信號加至最大允許值后，通道仍未表現(xiàn)出明顯的變化，應停止繼續(xù)增大信號。增大信號時也應注意輸入錯誤，尤其過大的信號而擊穿通道。—一般選取電壓或熱電偶通道進行測試，若選取電流通道進行測試，則在進行串模抑制比測試時可能因信號不匹配（?）的問題而無法進行。下面給出一組實測數(shù)據(jù)及計算。通道項目未加干擾時示值所加干擾信號大小顯示示值變化量抑制比備注30MAi直流共模抑制比299.07℃從0V開始緩慢增壓直到40V1.14℃換算為電壓為0.047mV119dBq交（流通模抑制比299.04℃28VAC有效值，換算為峰峰值為79.2V±3℃波動換算為電壓為0.125mV116dB串模抑制比299.16℃17mVAC有效值，換算為峰峰值為48.1mV1.47℃換算為電壓為0.096mV54dB30HAH直流共模抑制比300.00℃從0V開始緩慢增壓直到42V3.15℃換算為電壓為0.131mV110dB［交CTo共模抑制比300.42℃27VAC有效值，換算為峰峰值為76.4V2℃換算為電壓為0.084mV119dB串模抑制比（交流？）300.54℃17mVA有效值，換算為峰峰值為48.1mV1.5℃換算為電壓為0.085mV55dB系統(tǒng)抗射頻干擾能力測試用功率為5W、頻率為400MHz?500MHz的步話機作干擾源，距敞開柜門的I/O柜、模件柜及控制器柜1.5m處工作進行測試，經(jīng)檢查對應模件、控制器狀態(tài)及系統(tǒng)組態(tài)，系統(tǒng)工作正常。一般說來熱電偶通道因被測信號微弱、且具有高輸入阻抗而易受到干擾。.控制回路響應時間測試該項目用于測試DCS控制回路的實際相應時間。一般方法是，選擇2對分屬不同DPU的DO、DI通道，并用導線相應連接，從操作員站上發(fā)出控制指令，經(jīng)DO輸出后由對應DI通道返回，并使CRT上相應狀態(tài)改變，測量從該指令發(fā)出到CRT上相應狀態(tài)改變之間的時間?？刂苹芈讽憫獣r間應符合規(guī)程“不大于2.5秒”的要求。.系統(tǒng)實時性的測試該項目包含模擬量信號和開關量信號采集實時性的測試。模擬量實時性測試該項目規(guī)范未作過多說明，其實時性含義不明，一般來說，模擬量實時性指A/D轉換器的轉換時間（含多路開關轉換時間）。但由于無法直接測得AI模件的直接采集數(shù)據(jù)速率，因此該項目無法進行。曾經(jīng)用CRT屏幕的顯示來進行測試，但測得結果實際上被CRT的數(shù)據(jù)刷新率所限制。開關量實時性該項目的實際測試方法實際成為開關量通道的分辨力測試。做法是，用順序脈沖發(fā)生器對一路DI通道送出某一時間間隔的脈沖信號，考察DCS能否進行分辨，即不丟失脈沖個數(shù)。逐漸減小脈沖間隔直至通道丟失脈沖，此最小間隔即為其實時性，該值應符合技術說明書要求。DI通道的分辨力至少受限于其延時去抖時間。.系統(tǒng)各部件的負荷測試該項目包含中央處理單元的負荷率、及數(shù)據(jù)通信總線的負荷率的測試。該項測試應在發(fā)電機組的啟動、升負荷及滿負荷三種狀態(tài)下分別進行，在每種狀態(tài)下測試3次，取其平均值，每次測試時間為10s。中央處理單元的負荷率該項目目前來說進行比較困難，除非廠家在DCS上附帶測試軟件（如新華等），或系統(tǒng)平臺為windows系列，利用windows中CPU負荷率測試功能，否則無法測試。數(shù)據(jù)通信總線的負荷率對于以太網(wǎng)（如新華系統(tǒng)）可利用網(wǎng)絡測試儀測試網(wǎng)絡通信負荷率。.現(xiàn)場干擾電壓的測試分別測量各種類型輸入端子處的實際共模干擾和串模干擾的大小。實際共模干擾電壓應小于輸入模件抗共模電壓能力的60%；實際差模干擾電壓所引起的通道誤差應滿足：NMRUN%/■1020 0.05%其中：UN%--變送器回路中的交流分量與變送器量程之比。NMR一串模抑制比.系統(tǒng)可用率考核按“口匕/1659-1998”中第8條方法進行。該項目要求電廠有關DCS維護記錄完整、可靠。通過DCS維護記錄，統(tǒng)計DCS正式投入使用后的連續(xù)3個月時間里出現(xiàn)故障的類型和出現(xiàn)故障的持續(xù)時間，按照《口匕/1656—1998,火力發(fā)電廠汽輪機控制系統(tǒng)在線驗收測試規(guī)程》中“附錄A分散控制系統(tǒng)加權系數(shù)”規(guī)定的“硬件加權系數(shù)”和“軟件加權系數(shù)”）計算系統(tǒng)的可用率。系統(tǒng)可用率A的計算公式如下：A==f義100%tx-nfifi=1式中 t「一實際試驗時間，它等于整個連續(xù)考核統(tǒng)計時間扣除由于非本系統(tǒng)因素造成的空等時間；tf一故障時間，它是指被考核系統(tǒng)中任一裝置或子系統(tǒng)在實際試驗時間內因故障而停用的時間，經(jīng)加權后的總和；tfi—第i個裝置或子系統(tǒng)故障停用時間；Kfi—第i個裝置或子系統(tǒng)故障加權系數(shù)，加權系數(shù)參見“DL/T659-1998”之附錄A。.輸入輸出點接入率和完好率的統(tǒng)計輸入輸出點接入率統(tǒng)計模擬量I/O點數(shù)接入率統(tǒng)計檢查統(tǒng)計原設計中系統(tǒng)所有的模擬量I/O點數(shù)D1；檢查統(tǒng)計實際所有接入系統(tǒng)的模擬量I/O點數(shù)11；計算系統(tǒng)模擬量I/O點接入率J1。J1=今義100%1開關量I/O點數(shù)接入率統(tǒng)計檢查統(tǒng)計原設計中系統(tǒng)所有的開關量I/O點數(shù)d2；檢查統(tǒng)計實際所有接入系統(tǒng)的開關量I/O點數(shù)i2；計算系統(tǒng)開關量I/O點接入率J2J2=,義100%2總輸入輸出信號接入率J統(tǒng)計J按下式計算，且應不小于99%。J=1+/2*1