火电机组DCS系统国产化改造全流程管控简析

火电机组DCS系统国产化改造全流程管控简析

朱同鑫

大唐七台河发电有限责任公司 黑龙江省 154600

摘要：为解决火电机组在控制系统改造中长期依赖进口DCS产品所引发的高成本、技术垄断和维护难题，本文以火电机组DCS系统国产化改造工程为研究对象，对其改造全过程中的管控环节进行系统梳理与深入分析。围绕前期准备、实施部署及后评估三个阶段，提出包括系统状态评估、国产设备选型、并行运行策略、安全调试流程、运维机制构建等全流程管控措施，明确关键技术节点与质量控制要点。通过建立标准化、闭环化的技术与管理体系，以期为大型火电企业推进DCS系统国产化升级改造提供具有实操价值的技术路径与管理参考。

关键词：火电机组；DCS系统；国产化改造；全过程管理

引言

火电机组作为我国电力系统的重要组成部分，其自动化控制能力直接关系运行安全与能源效率。DCS系统作为火电厂核心控制平台，其稳定性与先进性对生产全过程具有决定性影响。随着国家对关键设备自主可控要求的提升，推进DCS系统国产化已成为保障电力行业信息安全与降低运行成本的必要选择。系统改造工程量大、环节复杂，亟需构建完善的全过程技术与管理体系，实现高效、安全、可控的系统替代与升级。

1.改造前期准备阶段的流程管控

1.1 现有系统状态评估与风险识别

现有DCS系统的状态评估需从系统架构、功能分布、通信协议与I/O资源占用情况四个维度展开，涵盖控制回路数量、冗余结构完整性与控制器CPU利用率等核心指标。通过精确梳理各子系统拓扑结构及其与主控层的耦合关系，可识别出关键控制链路与逻辑映射的脆弱节点。如某典型600MW火电机组中I/O点总数超过6000点，通信链路存在RS-485与MODBUS混合协议结构，系统升级需考虑协议转化风险。此外，需评估现场仪表兼容性、控制策略失配风险及热切换过程中对生产连续性的冲击，建立结构化的风险矩阵进行分级管理。

1.2 国产化可行性论证与选型评估

国产化可行性论证应基于系统功能覆盖率、性能稳定性、长周期运行可靠性及生态支持能力四大参数体系进行量化评估。在600MW及以上等级机组应用中，需确保选型DCS平台具备控制周期≤50ms、系统可用性≥99.99%、I/O冗余率不低于20%的基础指标。选型过程中应比较主流国产DCS系统在冗余机制、操作系统稳定性、工程组态工具易用性方面的技术表现，同时审查其对IEC 61131-3控制语言标准的支持程度。综合考虑控制系统生命周期（≥15年）、技术服务响应时间（<4小时）及本地化维护能力，构建多维评分模型对不同方案进行量化排序，以确保最终选型具备可扩展性与长期演进基础[1]。

1.3 技术方案设计与流程化审批机制

技术方案设计需全面涵盖控制逻辑重构、通讯网络架构、数据接口映射及信号冗余设计四个核心模块。以典型高参数火电机组为例，系统需支持10000点以上I/O信号处理能力，双网冗余结构设计要求控制网络延迟小于5ms，确保控制响应时效。逻辑编程应基于模块化、结构化的控制策略建模方法，采用SFC与FBD语言进行功能块封装，便于后期维护与调试。流程化审批机制应引入多级专家评审制度，分阶段进行图纸审查、功能模拟验证与系统仿真确认，确保设计方案在功能适配性、安全冗余性与可实施性方面具备充分保障，同时通过电子流程平台实现设计版本控制与全流程可追溯化管理。

2.改造实施阶段的全过程管理

2.1 安全隔离与并行运行策略制定

在改造实施阶段，确保原系统与国产新系统并行运行的安全隔离机制至关重要。系统需设计双物理隔离网络结构，控制信号通道与监视数据通道分设，避免通讯链路干扰导致逻辑冲突。根据运行要求，设置逻辑切换点并制定热备投切策略，保障原系统控制稳定性的同时逐步引入新系统调试数据。典型应用中，信号采集延迟需控制在100ms以内，逻辑切换期间主备用系统响应偏差不得超过±2%。并行运行阶段采用双系统趋势对比分析工具，对控制偏差、PID调节响应及报警记录进行实时比对，实现阶段性校核。各节点应设定硬件隔离阈值，防止跨系统信号误触发，保障控制流程完整闭环[2]。

2.2 安装调试流程与现场管理标准

DCS系统安装调试阶段应按照分区部署、分级测试、阶段验收的原则进行管理，现场执行标准需依据《DL/T 860-2020》自动化系统现场工程规范严格实施。控制柜安装过程中，信号屏蔽层接地电阻需小于1Ω，I/O点对点连线应达到100%电气连续性检验合格率。调试流程划分为静态测试、动态联调、控制策略验证三阶段，静态测试包括对4000点以上信号的端对端导通测试，动态阶段重点验证系统在50ms控制周期下的负载响应能力与报警触发逻辑闭环性。调试现场采用统一操作平台进行指令下达与反馈收集，部署调试数据库进行实时数据映射与干扰分析，确保调试过程数据完整、逻辑闭环、状态可追溯。

2.3 人员培训与岗位技能迁移机制

国产DCS系统上线前必须构建覆盖运行、检修、工程管理三类岗位的差异化培训机制。培训体系应基于系统架构解析、组态工具操作、报警处理流程、历史数据管理与常见故障排查等模块化课程设置。以300MW及以上机组为例，要求运行人员掌握不少于200条控制逻辑路径解析能力，检修人员需能独立完成50个以上典型控制回路的诊断与恢复操作。培训采用仿真平台开展实操演练，确保控制策略操作熟练度达到95%以上。迁移机制方面，通过技术交底、操作指南固化、岗位认证考试三环节构建知识传递闭环，并建立技术档案与问题归档库，确保技能从原系统平稳过渡至新平台，满足长期运行支撑能力需求。

3.系统验收与后评估阶段的质量管控

3.1 验收测试标准与验收流程

系统验收环节依据《GB/T 22239-2019 信息安全技术》及火电厂自动化系统验收规范执行，测试内容包括控制准确性、通讯稳定性、系统冗余响应及报警逻辑完整性。以600MW机组为例，控制指令响应时间应小于100ms，冗余切换时间不得超过200ms。功能验收包括对5000点以上I/O点位的状态监测，逻辑回路测试覆盖率应达到98%以上。测试采用双机仿真对照法进行动态验证，验收流程分为初验、复验与终验三阶段，每阶段需形成技术审查报告并完成三级签字确认制度，确保系统稳定、安全、高效投运[3]。

3.2 投运后性能监测与优化机制

投运阶段应部署独立的性能监测模块，依据控制环稳定性、资源占用率及系统负载动态变化进行连续数据采集分析。主控系统CPU平均利用率应稳定在60%以下，I/O响应失败率不得高于0.01%。基于周期性数据建模与偏差诊断算法，构建运行性能趋势图与报警密度图，定期评估PID参数调节频率与控制回路误差波动范围。系统运行满负荷工况下，各冗余模块切换成功率需达到99.99%。在运行数据基础上进行控制策略微调，并通过闭环验证机制确保优化结果在响应时效、节能控制等方面的实际提升效果。

3.3 持续运维机制与技术迭代规划

长期运维需建立结构化预防性维护体系与智能故障识别机制。系统维护周期推荐每季度进行一次完整软硬件状态巡检，服务器平均无故障运行时间（MTBF）应超过15000小时。采用分层权限控制方式实现远程诊断与本地快速处理协同，技术平台支持在线升级与参数热替换功能。运维档案需同步更新至配置数据库，实现运行数据、故障记录、升级补丁等信息的全生命周期管理。未来技术演进方面，需结合边缘计算、AI建模及工业大数据分析能力，制定三年迭代路径，逐步实现向智能化、自学习型控制系统架构过渡。

4.结语

总而言之，火电机组DCS系统国产化改造是一项覆盖系统架构重构、技术适配、流程协同与质量保障的系统性工程。全流程管控不仅体现于前期的评估论证与方案制定，更贯穿于实施调试、运行验证及后期优化等各关键环节。通过构建标准化流程、引入精细化管理机制和强化技术闭环控制，可有效提升改造质量与运行可靠性，推动国产化DCS系统在火电行业的深度应用与可持续发展。

参考文献

[1]王卫,井彦荣.网络环境下火电机组DCS控制系统自主可控改造与前景分析[J].中国机械,2023,(13):66-70.

[2]牛晨.电厂DCS系统关键参数性能测试与分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2023,28(01):82-87.

[3]莫日格吉勒图.火力发电机组DCS控制系统自主可控改造展望[J].自动化应用,2023,64(01):76-78.