★南京科遠智慧科技集團股份有限公司葛志偉

關鍵詞：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)較多采用進口品牌DCS，而國產品牌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)、國產處理器芯片進行研制，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)設計開發(fā)。同時研究DCS的信息安全防護技術，解決DCS系統(tǒng)信息網絡的安全防護問題，使得DCS控制系統(tǒng)滿足網絡信息安全等保2.0的要求，降低DCS系統(tǒng)運行安全風險。最終實現(xiàn)自主可控國產化DCS系統(tǒng)在大型發(fā)電機組關鍵控制領域完成示范應用。

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，科遠成功研制出一套100%全國產控制系統(tǒng)，控制器、I/O卡件、交換機、組件等產品所涉及的進口元器件全部采用中國大陸廠商生產的100%國產器件進行替代，采用國產工作站作為DCS上位機并全部搭載國產操作系統(tǒng)，采用自行構建的開源開發(fā)工具和開源工具鏈，自主開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)、DCS工程應用軟件。實現(xiàn)控制系統(tǒng)網絡安全方面的自主可控，防止信息安全“后門”，同步解決關鍵核心器件的“卡脖子”問題，確保供應鏈的安全，免受國外元器件斷供、知識產權禁用，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。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)整體替代進口控制系統(tǒng)，實現(xiàn)原進口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)據采集系統(tǒng)(iDAS)；

·鍋爐吹灰、脫硝控制系統(tǒng)；

·數(shù)據通訊系統(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)功率調節(jié)、壓力調節(jié)、轉速調節(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，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；

·精準設計、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，召開聯(lián)絡會對設計資料進行深入評審；

·硬件系統(tǒng)集成與測試，在車間內搭建DCS、DEH網絡平臺，對自主可控DCS軟硬件平臺進行充分測試驗證，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，深度進行邏輯功能測試、系統(tǒng)級仿真測試，進行邏輯組態(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)內領先；

·現(xiàn)場機柜及接線施工，新系統(tǒng)上電恢復；

·I/O信號、邏輯調試，機組投產，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，提前編寫詳細的項目實施計劃及步驟，制定應急預案，并開展工程人員培訓，模擬安裝、調試操作，增加熟練度，縮短施工時間；嚴格按照計劃實施，高質量交付，堅持每天召開項目協(xié)調會，處理工作進度偏差與問題；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用，系統(tǒng)應用至今運行良好，各硬件性能指標良好，自動和保護均正常投用。

4　項目研發(fā)及示范應用成果

（1）通過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生產廠商，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)，擁有并掌握內核及協(xié)議棧全部源代碼。上位機采用國產長城計算機（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)據中心頒發(fā)的《NT6000分散控制系統(tǒng)電子元器件國產器件判定報告》，判定結果為所有元器件100%國產。

（2）通過權威機構進行的功能與性能測試驗證

通過中國自動化學會發(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)基本性能和應用功能的主要指標滿足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)可靠性評估技術導則》的要求，DCS系統(tǒng)可以在機組正常投用，整體性能達到先進水平。

自主可控控制系統(tǒng)的調速系統(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(tǒng)在大唐南京發(fā)電廠2號超超臨界燃煤機組中進行示范應用，實現(xiàn)國內超超臨界機組DCS、DEH、ETS、MEH、METS系統(tǒng)一次性全國產化完整替代。在國內率先開展了對上汽西門子技術超超臨界汽輪機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、性能與功能等指標上全面超越上一代采用進口元器件的NT6000 V4系統(tǒng)，網絡性能是上一代的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。指標滿足各項導則、規(guī)程要求，DCS系統(tǒng)可以正常投用，整體性能達到先進水平。全自主可控NT6000 DCS系統(tǒng)整體性能不低于進口系統(tǒng)，部分指標甚至超越了進口系統(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用經驗，有力地保障了機組的順利投產，項目成果為今后為各個機組進行國產化改造提供了很好的借鑒和經驗積累。

（2）經濟效益

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

·具備控制系統(tǒng)優(yōu)化設計的能力，對現(xiàn)有DCS控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，提高機組運行的經濟性和安全性。

（3）社會效益

·采用國產元器件，優(yōu)化了供應鏈，打破國際壟斷；

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

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

摘自《自動化博覽》2024年10月刊