★南京科遠(yuǎn)智慧科技集團(tuán)股份有限公司葛志偉

關(guān)鍵詞：自主可控；能源行業(yè)；超超臨界機組；DCS改造

1　項目背景

大型發(fā)電機組控制系統(tǒng)較多采用進(jìn)口品牌DCS，而國產(chǎn)品牌DCS的核心部件仍基于國外芯片及操作系統(tǒng)。近年來，全球發(fā)生了多起針對工控系統(tǒng)的安全事件，造成大量經(jīng)濟(jì)損失，對國家安全造成嚴(yán)重威脅，嚴(yán)峻的國際形勢和工控安全事件給我們敲響了警鐘，實現(xiàn)大型發(fā)電機組控制系統(tǒng)DCS的完全自主可控，保障國家的能源安全迫在眉睫。

自主可控DCS系統(tǒng)是基于自主可控的Linux操作系統(tǒng)、自主研制的嵌入式實時操作系統(tǒng)、國產(chǎn)處理器芯片進(jìn)行研制，完成操作員站、工程師站、控制器、I/O模件等的完全自主可控軟硬件系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)。同時研究DCS的信息安全防護(hù)技術(shù)，解決DCS系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)問題，使得DCS控制系統(tǒng)滿足網(wǎng)絡(luò)信息安全等保2.0的要求，降低DCS系統(tǒng)運行安全風(fēng)險。最終實現(xiàn)自主可控國產(chǎn)化DCS系統(tǒng)在大型發(fā)電機組關(guān)鍵控制領(lǐng)域完成示范應(yīng)用。

2　100%自主可控系統(tǒng)的開發(fā)

聚焦“卡脖子”問題，立足自主可控、堅持不斷創(chuàng)新，科遠(yuǎn)成功研制出一套100%全國產(chǎn)控制系統(tǒng)，控制器、I/O卡件、交換機、組件等產(chǎn)品所涉及的進(jìn)口元器件全部采用中國大陸廠商生產(chǎn)的100%國產(chǎn)器件進(jìn)行替代，采用國產(chǎn)工作站作為DCS上位機并全部搭載國產(chǎn)操作系統(tǒng)，采用自行構(gòu)建的開源開發(fā)工具和開源工具鏈，自主開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)、DCS工程應(yīng)用軟件。實現(xiàn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全方面的自主可控，防止信息安全“后門”，同步解決關(guān)鍵核心器件的“卡脖子”問題，確保供應(yīng)鏈的安全，免受國外元器件斷供、知識產(chǎn)權(quán)禁用，以及軟硬件“后門”等事件的威脅。

3　100%自主可控系統(tǒng)的示范應(yīng)用

大唐南京發(fā)電廠2號660MW超超臨界機組DCS、DEH控制系統(tǒng)完全自主可控改造成為大唐集團(tuán)解決“卡脖子”問題的重點科技項目，大唐南京發(fā)電廠2號660MW超超臨界燃煤機組，于2010年順利建成投產(chǎn)。主機控制系統(tǒng)硬件采用Foxboro公司I/AV8.0，DEH采用SIEMENS SPPA-T3000系統(tǒng)，本次采用自主可控NT6000V5分散控制系統(tǒng)整體替代進(jìn)口控制系統(tǒng)，實現(xiàn)原進(jìn)口DCS、DEH控制系統(tǒng)所實現(xiàn)的全部軟硬件功能，并平穩(wěn)過渡到新系統(tǒng)，保障機組安全、高效、穩(wěn)定運行。

（1）示范應(yīng)用范圍：2號機組所有控制系統(tǒng)，包括：

·鍋爐和汽機控制系統(tǒng)（含DAS、SCS、FSSS、MCS、CCS、旁路）；

·發(fā)變組和廠用電源系統(tǒng)等電氣控制系統(tǒng)；

·DEH/ETS/MEH/METS；

·鍋爐壁溫、汽機及發(fā)電機金屬溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(iDAS)；

·鍋爐吹灰、脫硝控制系統(tǒng)；

·數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（爐管泄漏、電氣ECS）。

（2）改造后自主可控系統(tǒng)配置情況

如圖1所示，NT6000V5自主可控DCS配置1臺工程師站、2臺冗余歷史站、1臺接口機、1臺值長站、6臺操作站，30多對KM950G自主可控控制器，共計11000余點；DEH配置4對控制器，實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和ETS功能，同時對汽機疏水、抽汽、油系統(tǒng)以及軸封系統(tǒng)進(jìn)行控制；MEH配置2對控制器，具有MEH轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)速遙控以及METS功能。DEH及MEH部分共計1500余點，DEH、MEH無需單獨配置工作站，與DCS采用一體化平臺。

圖1 系統(tǒng)配置

（3）自主可控系統(tǒng)改造步驟

·現(xiàn)場查勘核驗，對原系統(tǒng)充分收資，對現(xiàn)場信號逐一核查，保證工程資料完整性與正確性；

·精準(zhǔn)設(shè)計、深入評審，優(yōu)化排列最新DCS系統(tǒng)I/O點表；

·參考原系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)邏輯的翻譯，1:1還原機組控制策略；

·工程設(shè)計，召開聯(lián)絡(luò)會對設(shè)計資料進(jìn)行深入評審；

·硬件系統(tǒng)集成與測試，在車間內(nèi)搭建DCS、DEH網(wǎng)絡(luò)平臺，對自主可控DCS軟硬件平臺進(jìn)行充分測試驗證，消除DCS軟硬件平臺隱患；

·組態(tài)的仿真測試，高效利用660MW機組仿真模型，深度進(jìn)行邏輯功能測試、系統(tǒng)級仿真測試，進(jìn)行邏輯組態(tài)多次驗證，驗證每一條聯(lián)鎖條件的正確性并形成記錄，對邏輯不斷優(yōu)化設(shè)計，控制策略保持業(yè)內(nèi)領(lǐng)先；

·現(xiàn)場機柜及接線施工，新系統(tǒng)上電恢復(fù)；

·I/O信號、邏輯調(diào)試，機組投產(chǎn)，控制策略與控制效果優(yōu)化。

本示范項目工期短，各方嚴(yán)密計劃，高效組織，提前部署，充分應(yīng)對，提前編寫詳細(xì)的項目實施計劃及步驟，制定應(yīng)急預(yù)案，并開展工程人員培訓(xùn)，模擬安裝、調(diào)試操作，增加熟練度，縮短施工時間；嚴(yán)格按照計劃實施，高質(zhì)量交付，堅持每天召開項目協(xié)調(diào)會，處理工作進(jìn)度偏差與問題；在各方緊密合作與努力下，在停機25天期間內(nèi)完成全部改造工作，自主可控DCS系統(tǒng)最終在大唐南電660MW超超臨界機組上圓滿完成示范應(yīng)用，系統(tǒng)應(yīng)用至今運行良好，各硬件性能指標(biāo)良好，自動和保護(hù)均正常投用。

4　項目研發(fā)及示范應(yīng)用成果

（1）通過權(quán)威機構(gòu)自主可控元器件的判定和認(rèn)證

自主可控NT6000 V5 DCS的控制器、I/O模件和交換機等所有設(shè)備生產(chǎn)設(shè)計的全部物料和元器件均采用總部位于中國大陸的國產(chǎn)生產(chǎn)廠商，全部物料和元器件均實現(xiàn)自主可控。控制系統(tǒng)中控制器、通訊設(shè)備和I/O模件全部實現(xiàn)自主可控。控制器軟件和IO模件軟件核心完全自主開發(fā)，擁有并掌握內(nèi)核及協(xié)議棧全部源代碼。上位機采用國產(chǎn)長城計算機（飛騰處理器+銀河麒麟操作系統(tǒng)）替代國外品牌計算機，系統(tǒng)中使用的嵌入式軟件及上位機軟件均自主開發(fā)完全自主開發(fā)，擁有全部源代碼。

自主可控DCS控制系統(tǒng)（NT6000V5）于2020年11月底獲得了工業(yè)和信息化部電子第五研究所數(shù)據(jù)中心頒發(fā)的《NT6000分散控制系統(tǒng)電子元器件國產(chǎn)器件判定報告》，判定結(jié)果為所有元器件100%國產(chǎn)。

（2）通過權(quán)威機構(gòu)進(jìn)行的功能與性能測試驗證

通過中國自動化學(xué)會發(fā)電專委會（CAA）的測試與評估；大唐南京發(fā)電廠2號機組DCS系統(tǒng)基本性能和應(yīng)用功能的主要指標(biāo)滿足DL/T 659-2016《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》以及DL/T261-2012《火力發(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)可靠性評估技術(shù)導(dǎo)則》的要求，DCS系統(tǒng)可以在機組正常投用，整體性能達(dá)到先進(jìn)水平。

自主可控控制系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)通過了上海汽輪機廠的性能及功能性測試。

自主可控NT6000 V5通過專業(yè)CNAS實驗室的功能性測試。

自主可控NT6000 V5通過歐盟CE認(rèn)證檢測認(rèn)證。

（3）示范應(yīng)用成果

2021年5月6日，NT6000 V5自主可控系統(tǒng)在大唐南京發(fā)電廠2號超超臨界燃煤機組中進(jìn)行示范應(yīng)用，實現(xiàn)國內(nèi)超超臨界機組DCS、DEH、ETS、MEH、METS系統(tǒng)一次性全國產(chǎn)化完整替代。在國內(nèi)率先開展了對上汽西門子技術(shù)超超臨界汽輪機DEH的自主可控系統(tǒng)的研發(fā)與測試工作。

自主可控NT6000 V5系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性、性能與功能等指標(biāo)上全面超越上一代采用進(jìn)口元器件的NT6000 V4系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)性能是上一代的2倍，運算能力是上一代的4倍，同步集成智能控制系統(tǒng)（ICS）功能。指標(biāo)滿足各項導(dǎo)則、規(guī)程要求，DCS系統(tǒng)可以正常投用，整體性能達(dá)到先進(jìn)水平。全自主可控NT6000 DCS系統(tǒng)整體性能不低于進(jìn)口系統(tǒng)，部分指標(biāo)甚至超越了進(jìn)口系統(tǒng)，運行可靠性得到全面提升。

5　項目取得的成效

（1）項目示范意義

目前本項目已成功應(yīng)用在大唐南京發(fā)電廠2號機組，系統(tǒng)安全性得到提高，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到驗證，實現(xiàn)了100%自主可控，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的供應(yīng)鏈安全；積累了自主可控DCS控制系統(tǒng)在660MW超超臨界機組上的示范應(yīng)用經(jīng)驗，有力地保障了機組的順利投產(chǎn)，項目成果為今后為各個機組進(jìn)行國產(chǎn)化改造提供了很好的借鑒和經(jīng)驗積累。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

·在DCS控制方面縮小與國外設(shè)備廠家的差距，形成國產(chǎn)化的自主可控DCS技術(shù)，軟硬件100%自主可控，節(jié)約了成本和維護(hù)費用；

·具備控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的能力，對現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高機組運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

（3）社會效益

·采用國產(chǎn)元器件，優(yōu)化了供應(yīng)鏈，打破國際壟斷；

·完全自主知識產(chǎn)權(quán)，為能源行業(yè)的安全可靠提供自主可控的控制系統(tǒng)產(chǎn)品，防止關(guān)鍵核心設(shè)備卡脖子。

本項目技術(shù)大規(guī)模推廣后，將可有效解決當(dāng)前重大裝備自主可控的緊迫問題，防止關(guān)鍵核心設(shè)備卡脖子，具有非常切實的應(yīng)用價值和社會效益。

摘自《自動化博覽》2024年10月刊