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★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(jī)組；DCS改造

1　項(xiàng)目背景

大型發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)較多采用進(jìn)口品牌DCS，而國(guó)產(chǎn)品牌DCS的核心部件仍基于國(guó)外芯片及操作系統(tǒng)。近年來，全球發(fā)生了多起針對(duì)工控系統(tǒng)的安全事件，造成大量經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)國(guó)家安全造成嚴(yán)重威脅，嚴(yán)峻的國(guó)際形勢(shì)和工控安全事件給我們敲響了警鐘，實(shí)現(xiàn)大型發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)DCS的完全自主可控，保障國(guó)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、國(guó)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(jì)開發(fā)。同時(shí)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(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。最終實(shí)現(xiàn)自主可控國(guó)產(chǎn)化DCS系統(tǒng)在大型發(fā)電機(jī)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(jiān)持不斷創(chuàng)新，科遠(yuǎn)成功研制出一套100%全國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)，控制器、I/O卡件、交換機(jī)、組件等產(chǎn)品所涉及的進(jìn)口元器件全部采用中國(guó)大陸廠商生產(chǎn)的100%國(guó)產(chǎn)器件進(jìn)行替代，采用國(guó)產(chǎn)工作站作為DCS上位機(jī)并全部搭載國(guó)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(shí)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(guó)外元器件斷供、知識(shí)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(hào)660MW超超臨界機(jī)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(diǎn)科技項(xiàng)目，大唐南京發(fā)電廠2號(hào)660MW超超臨界燃煤機(jī)組，于2010年順利建成投產(chǎn)。主機(jī)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(shí)現(xiàn)原進(jìn)口DCS、DEH控制系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的全部軟硬件功能，并平穩(wěn)過渡到新系統(tǒng)，保障機(jī)組安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）示范應(yīng)用范圍：2號(hào)機(jī)組所有控制系統(tǒng)，包括：

·鍋爐和汽機(jī)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(jī)及發(fā)電機(jī)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(tái)工程師站、2臺(tái)冗余歷史站、1臺(tái)接口機(jī)、1臺(tái)值長(zhǎng)站、6臺(tái)操作站，30多對(duì)KM950G自主可控控制器，共計(jì)11000余點(diǎn)；DEH配置4對(duì)控制器，實(shí)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(shí)對(duì)汽機(jī)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(duì)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(jì)1500余點(diǎn)，DEH、MEH無需單獨(dú)配置工作站，與DCS采用一體化平臺(tái)。

圖1 系統(tǒng)配置

（3）自主可控系統(tǒng)改造步驟

·現(xiàn)場(chǎng)查勘核驗(yàn)，對(duì)原系統(tǒng)充分收資，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)逐一核查，保證工程資料完整性與正確性；

·精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、深入評(píng)審，優(yōu)化排列最新DCS系統(tǒng)I/O點(diǎn)表；

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

·工程設(shè)計(jì)，召開聯(lián)絡(luò)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行深入評(píng)審；

·硬件系統(tǒng)集成與測(cè)試，在車間內(nèi)搭建DCS、DEH網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)自主可控DCS軟硬件平臺(tái)進(jìn)行充分測(cè)試驗(yàn)證，消除DCS軟硬件平臺(tái)隱患；

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

·現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜及接線施工，新系統(tǒng)上電恢復(fù)；

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

本示范項(xiàng)目工期短，各方嚴(yán)密計(jì)劃，高效組織，提前部署，充分應(yīng)對(duì)，提前編寫詳細(xì)的項(xiàng)目實(shí)施計(jì)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(shí)間；嚴(yán)格按照計(jì)劃實(shí)施，高質(zhì)量交付，堅(jiān)持每天召開項(xiàng)目協(xié)調(diào)會(huì)，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(jī)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(jī)組上圓滿完成示范應(yīng)用，系統(tǒng)應(yīng)用至今運(yùn)行良好，各硬件性能指標(biāo)良好，自動(dòng)和保護(hù)均正常投用。

4　項(xiàng)目研發(fā)及示范應(yīng)用成果

（1）通過權(quán)威機(jī)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(jī)等所有設(shè)備生產(chǎn)設(shè)計(jì)的全部物料和元器件均采用總部位于中國(guó)大陸的國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)廠商，全部物料和元器件均實(shí)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(shí)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(jī)采用國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)城計(jì)算機(jī)（飛騰處理器+銀河麒麟操作系統(tǒng)）替代國(guó)外品牌計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)中使用的嵌入式軟件及上位機(jī)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(guó)產(chǎn)器件判定報(bào)告》，判定結(jié)果為所有元器件100%國(guó)產(chǎn)。

（2）通過權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行的功能與性能測(cè)試驗(yàn)證

通過中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)電專委會(huì)（CAA）的測(cè)試與評(píng)估；大唐南京發(fā)電廠2號(hào)機(jī)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(yàn)收測(cè)試規(guī)程》以及DL/T261-2012《火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》的要求，DCS系統(tǒng)可以在機(jī)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(jī)廠的性能及功能性測(cè)試。

自主可控NT6000 V5通過專業(yè)CNAS實(shí)驗(yàn)室的功能性測(cè)試。

自主可控NT6000 V5通過歐盟CE認(rèn)證檢測(cè)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(hào)超超臨界燃煤機(jī)組中進(jìn)行示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組DCS、DEH、ETS、MEH、METS系統(tǒng)一次性全國(guó)產(chǎn)化完整替代。在國(guó)內(nèi)率先開展了對(duì)上汽西門子技術(shù)超超臨界汽輪機(jī)DEH的自主可控系統(tǒng)的研發(fā)與測(cè)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(yùn)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(xiàng)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(yùn)行可靠性得到全面提升。

5　項(xiàng)目取得的成效

（1）項(xiàng)目示范意義

目前本項(xiàng)目已成功應(yīng)用在大唐南京發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組，系統(tǒng)安全性得到提高，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了100%自主可控，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)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(jī)組上的示范應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，有力地保障了機(jī)組的順利投產(chǎn)，項(xiàng)目成果為今后為各個(gè)機(jī)組進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造提供了很好的借鑒和經(jīng)驗(yàn)積累。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

·在DCS控制方面縮小與國(guó)外設(shè)備廠家的差距，形成國(guó)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(fèi)用；

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

（3）社會(huì)效益

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

·完全自主知識(shí)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(xiàng)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(shí)的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)效益。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年10月刊