★南京科遠智慧科技集團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。近年來(lái)，全球發(fā)生了多起針對工控系統的安全事件，造成大量經(jīng)濟損失，對國家安全造成嚴重威脅，嚴峻的國際形勢和工控安全事件給我們敲響了警鐘，實(shí)現大型發(fā)電機組控制系統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系統是基于自主可控的Linux操作系統、自主研制的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統、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設計開(kāi)發(fā)。同時(shí)研究DCS的信息安全防護技術(shù)，解決DCS系統信息網(wǎng)絡(luò )的安全防護問(wèn)題，使得DCS控制系統滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )信息安全等保2.0的要求，降低DCS系統運行安全風(fēng)險。最終實(shí)現自主可控國產(chǎn)化DCS系統在大型發(fā)電機組關(guān)鍵控制領(lǐng)域完成示范應用。

2　100%自主可控系統的開(kāi)發(fā)

聚焦“卡脖子”問(wèn)題，立足自主可控、堅持不斷創(chuàng )新，科遠成功研制出一套100%全國產(chǎn)控制系統，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(chǎng)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，采用自行構建的開(kāi)源開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)源工具鏈，自主開(kāi)發(fā)嵌入式操作系統、DCS工程應用軟件。實(shí)現控制系統網(wǎng)絡(luò )安全方面的自主可控，防止信息安全“后門(mén)”，同步解決關(guān)鍵核心器件的“卡脖子”問(wèn)題，確保供應鏈的安全，免受?chē)庠骷喙?、知識產(chǎn)權禁用，以及軟硬件“后門(mén)”等事件的威脅。

3　100%自主可控系統的示范應用

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

（1）示范應用范圍：2號機組所有控制系統，包括：

·鍋爐和汽機控制系統（含DAS、SCS、FSSS、MCS、CCS、旁路）；

·發(fā)變組和廠(chǎng)用電源系統等電氣控制系統；

·DEH/ETS/MEH/METS；

·鍋爐壁溫、汽機及發(fā)電機金屬溫度數據采集系統(iDAS)；

·鍋爐吹灰、脫硝控制系統；

·數據通訊系統（爐管泄漏、電氣ECS）。

（2）改造后自主可控系統配置情況

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(cháng)站、6臺操作站，30多對KM950G自主可控控制器，共計11000余點(diǎn)；DEH配置4對控制器，實(shí)現功率調節、壓力調節、轉速調節和ETS功能，同時(shí)對汽機疏水、抽汽、油系統以及軸封系統進(jìn)行控制；MEH配置2對控制器，具有MEH轉速控制、轉速遙控以及METS功能。DEH及MEH部分共計1500余點(diǎn)，DEH、MEH無(wú)需單獨配置工作站，與DCS采用一體化平臺。

圖1 系統配置

（3）自主可控系統改造步驟

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

·精準設計、深入評審，優(yōu)化排列最新DCS系統I/O點(diǎn)表；

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

·工程設計，召開(kāi)聯(lián)絡(luò )會(huì )對設計資料進(jìn)行深入評審；

·硬件系統集成與測試，在車(chē)間內搭建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)化設計，控制策略保持業(yè)內領(lǐng)先；

·現場(chǎng)機柜及接線(xiàn)施工，新系統上電恢復；

·I/O信號、邏輯調試，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，各方嚴密計劃，高效組織，提前部署，充分應對，提前編寫(xiě)詳細的項目實(shí)施計劃及步驟，制定應急預案，并開(kāi)展工程人員培訓，模擬安裝、調試操作，增加熟練度，縮短施工時(shí)間；嚴格按照計劃實(shí)施，高質(zhì)量交付，堅持每天召開(kāi)項目協(xié)調會(huì )，處理工作進(jìn)度偏差與問(wèn)題；在各方緊密合作與努力下，在停機25天期間內完成全部改造工作，自主可控DCS系統最終在大唐南電660MW超超臨界機組上圓滿(mǎn)完成示范應用，系統應用至今運行良好，各硬件性能指標良好，自動(dòng)和保護均正常投用。

4　項目研發(fā)及示范應用成果

（1）通過(guò)權威機構自主可控元器件的判定和認證

自主可控NT6000 V5 DCS的控制器、I/O模件和交換機等所有設備生產(chǎn)設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(chǎng)商，全部物料和元器件均實(shí)現自主可控?？刂葡到y中控制器、通訊設備和I/O模件全部實(shí)現自主可控?？刂破鬈浖虸O模件軟件核心完全自主開(kāi)發(fā)，擁有并掌握內核及協(xié)議棧全部源代碼。上位機采用國產(chǎn)長(cháng)城計算機（飛騰處理器+銀河麒麟操作系統）替代國外品牌計算機，系統中使用的嵌入式軟件及上位機軟件均自主開(kāi)發(fā)完全自主開(kāi)發(fā)，擁有全部源代碼。

自主可控DCS控制系統（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據中心頒發(fā)的《NT6000分散控制系統電子元器件國產(chǎn)器件判定報告》，判定結果為所有元器件100%國產(chǎn)。

（2）通過(guò)權威機構進(jìn)行的功能與性能測試驗證

通過(guò)中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )發(fā)電專(zhuān)委會(huì )（CAA）的測試與評估；大唐南京發(fā)電廠(chǎng)2號機組DCS系統基本性能和應用功能的主要指標滿(mǎn)足DL/T 659-2016《火力發(fā)電廠(chǎng)分散控制系統驗收測試規程》以及DL/T261-2012《火力發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化系統可靠性評估技術(shù)導則》的要求，DCS系統可以在機組正常投用，整體性能達到先進(jìn)水平。

自主可控控制系統的調速系統通過(guò)了上海汽輪機廠(chǎng)的性能及功能性測試。

自主可控NT6000 V5通過(guò)專(zhuān)業(yè)CNAS實(shí)驗室的功能性測試。

自主可控NT6000 V5通過(guò)歐盟CE認證檢測認證。

（3）示范應用成果

2021年5月6日，NT6000 V5自主可控系統在大唐南京發(fā)電廠(chǎng)2號超超臨界燃煤機組中進(jìn)行示范應用，實(shí)現國內超超臨界機組DCS、DEH、ETS、MEH、METS系統一次性全國產(chǎn)化完整替代。在國內率先開(kāi)展了對上汽西門(mén)子技術(shù)超超臨界汽輪機DEH的自主可控系統的研發(fā)與測試工作。

自主可控NT6000 V5系統在可靠性、穩定性、性能與功能等指標上全面超越上一代采用進(jìn)口元器件的NT6000 V4系統，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（ICS）功能。指標滿(mǎn)足各項導則、規程要求，DCS系統可以正常投用，整體性能達到先進(jìn)水平。全自主可控NT6000 DCS系統整體性能不低于進(jìn)口系統，部分指標甚至超越了進(jìn)口系統，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用在大唐南京發(fā)電廠(chǎng)2號機組，系統安全性得到提高，系統穩定性得到驗證，實(shí)現了100%自主可控，實(shí)現了整個(gè)系統的供應鏈安全；積累了自主可控DCS控制系統在660MW超超臨界機組上的示范應用經(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(gè)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)濟效益

·在DCS控制方面縮小與國外設備廠(chǎng)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，節約了成本和維護費用；

·具備控制系統優(yōu)化設計的能力，對現有DCS控制系統進(jìn)行優(yōu)化設計，提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。

（3）社會(huì )效益

·采用國產(chǎn)元器件，優(yōu)化了供應鏈，打破國際壟斷；

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

本項目技術(shù)大規模推廣后，將可有效解決當前重大裝備自主可控的緊迫問(wèn)題，防止關(guān)鍵核心設備卡脖子，具有非常切實(shí)的應用價(jià)值和社會(huì )效益。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年10月刊