★南京科远智慧科技集团股份有限公司葛志伟

关键词：自主可控；能源行业；超超临界机组；DCS改造

1　项目背景

大型发电机组控制系统较多采用进口品牌DCS，而国产品牌DCS的核心部件仍基于国外芯片及操作系统。近年来，全球发生了多起针对工控系统的安全事件，造成大量经济损失，对国家安全造成严重威胁，严峻的国际形势和工控安全事件给我们敲响了警钟，实现大型发电机组控制系统DCS的完全自主可控，保障国家的能源安全迫在眉睫。

自主可控DCS系统是基于自主可控的Linux操作系统、自主研制的嵌入式实时操作系统、国产处理器芯片进行研制，完成操作员站、工程师站、控制器、I/O模件等的完全自主可控软硬件系统设计开发。同时研究DCS的信息安全防护技术，解决DCS系统信息网络的安全防护问题，使得DCS控制系统满足网络信息安全等保2.0的要求，降低DCS系统运行安全风险。最终实现自主可控国产化DCS系统在大型发电机组关键控制领域完成示范应用。

2　100%自主可控系统的开发

聚焦“卡脖子”问题，立足自主可控、坚持不断创新，科远成功研制出一套100%全国产控制系统，控制器、I/O卡件、交换机、组件等产品所涉及的进口元器件全部采用中国大陆厂商生产的100%国产器件进行替代，采用国产工作站作为DCS上位机并全部搭载国产操作系统，采用自行构建的开源开发工具和开源工具链，自主开发嵌入式操作系统、DCS工程应用软件。实现控制系统网络安全方面的自主可控，防止信息安全“后门”，同步解决关键核心器件的“卡脖子”问题，确保供应链的安全，免受国外元器件断供、知识产权禁用，以及软硬件“后门”等事件的威胁。

3　100%自主可控系统的示范应用

大唐南京发电厂2号660MW超超临界机组DCS、DEH控制系统完全自主可控改造成为大唐集团解决“卡脖子”问题的重点科技项目，大唐南京发电厂2号660MW超超临界燃煤机组，于2010年顺利建成投产。主机控制系统硬件采用Foxboro公司I/AV8.0，DEH采用SIEMENS SPPA-T3000系统，本次采用自主可控NT6000V5分散控制系统整体替代进口控制系统，实现原进口DCS、DEH控制系统所实现的全部软硬件功能，并平稳过渡到新系统，保障机组安全、高效、稳定运行。

（1）示范应用范围：2号机组所有控制系统，包括：

·锅炉和汽机控制系统（含DAS、SCS、FSSS、MCS、CCS、旁路）；

·发变组和厂用电源系统等电气控制系统；

·DEH/ETS/MEH/METS；

·锅炉壁温、汽机及发电机金属温度数据采集系统(iDAS)；

·锅炉吹灰、脱硝控制系统；

·数据通讯系统（炉管泄漏、电气ECS）。

（2）改造后自主可控系统配置情况

如图1所示，NT6000V5自主可控DCS配置1台工程师站、2台冗余历史站、1台接口机、1台值长站、6台操作站，30多对KM950G自主可控控制器，共计11000余点；DEH配置4对控制器，实现功率调节、压力调节、转速调节和ETS功能，同时对汽机疏水、抽汽、油系统以及轴封系统进行控制；MEH配置2对控制器，具有MEH转速控制、转速遥控以及METS功能。DEH及MEH部分共计1500余点，DEH、MEH无需单独配置工作站，与DCS采用一体化平台。

图1 系统配置

（3）自主可控系统改造步骤

·现场查勘核验，对原系统充分收资，对现场信号逐一核查，保证工程资料完整性与正确性；

·精准设计、深入评审，优化排列最新DCS系统I/O点表；

·参考原系统进行组态逻辑的翻译，1:1还原机组控制策略；

·工程设计，召开联络会对设计资料进行深入评审；

·硬件系统集成与测试，在车间内搭建DCS、DEH网络平台，对自主可控DCS软硬件平台进行充分测试验证，消除DCS软硬件平台隐患；

·组态的仿真测试，高效利用660MW机组仿真模型，深度进行逻辑功能测试、系统级仿真测试，进行逻辑组态多次验证，验证每一条联锁条件的正确性并形成记录，对逻辑不断优化设计，控制策略保持业内领先；

·现场机柜及接线施工，新系统上电恢复；

·I/O信号、逻辑调试，机组投产，控制策略与控制效果优化。

本示范项目工期短，各方严密计划，高效组织，提前部署，充分应对，提前编写详细的项目实施计划及步骤，制定应急预案，并开展工程人员培训，模拟安装、调试操作，增加熟练度，缩短施工时间；严格按照计划实施，高质量交付，坚持每天召开项目协调会，处理工作进度偏差与问题；在各方紧密合作与努力下，在停机25天期间内完成全部改造工作，自主可控DCS系统最终在大唐南电660MW超超临界机组上圆满完成示范应用，系统应用至今运行良好，各硬件性能指标良好，自动和保护均正常投用。

4　项目研发及示范应用成果

（1）通过权威机构自主可控元器件的判定和认证

自主可控NT6000 V5 DCS的控制器、I/O模件和交换机等所有设备生产设计的全部物料和元器件均采用总部位于中国大陆的国产生产厂商，全部物料和元器件均实现自主可控。控制系统中控制器、通讯设备和I/O模件全部实现自主可控。控制器软件和IO模件软件核心完全自主开发，拥有并掌握内核及协议栈全部源代码。上位机采用国产长城计算机（飞腾处理器+银河麒麟操作系统）替代国外品牌计算机，系统中使用的嵌入式软件及上位机软件均自主开发完全自主开发，拥有全部源代码。

自主可控DCS控制系统（NT6000V5）于2020年11月底获得了工业和信息化部电子第五研究所数据中心颁发的《NT6000分散控制系统电子元器件国产器件判定报告》，判定结果为所有元器件100%国产。

（2）通过权威机构进行的功能与性能测试验证

通过中国自动化学会发电专委会（CAA）的测试与评估；大唐南京发电厂2号机组DCS系统基本性能和应用功能的主要指标满足DL/T 659-2016《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》以及DL/T261-2012《火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》的要求，DCS系统可以在机组正常投用，整体性能达到先进水平。

自主可控控制系统的调速系统通过了上海汽轮机厂的性能及功能性测试。

自主可控NT6000 V5通过专业CNAS实验室的功能性测试。

自主可控NT6000 V5通过欧盟CE认证检测认证。

（3）示范应用成果

2021年5月6日，NT6000 V5自主可控系统在大唐南京发电厂2号超超临界燃煤机组中进行示范应用，实现国内超超临界机组DCS、DEH、ETS、MEH、METS系统一次性全国产化完整替代。在国内率先开展了对上汽西门子技术超超临界汽轮机DEH的自主可控系统的研发与测试工作。

自主可控NT6000 V5系统在可靠性、稳定性、性能与功能等指标上全面超越上一代采用进口元器件的NT6000 V4系统，网络性能是上一代的2倍，运算能力是上一代的4倍，同步集成智能控制系统（ICS）功能。指标满足各项导则、规程要求，DCS系统可以正常投用，整体性能达到先进水平。全自主可控NT6000 DCS系统整体性能不低于进口系统，部分指标甚至超越了进口系统，运行可靠性得到全面提升。

5　项目取得的成效

（1）项目示范意义

目前本项目已成功应用在大唐南京发电厂2号机组，系统安全性得到提高，系统稳定性得到验证，实现了100%自主可控，实现了整个系统的供应链安全；积累了自主可控DCS控制系统在660MW超超临界机组上的示范应用经验，有力地保障了机组的顺利投产，项目成果为今后为各个机组进行国产化改造提供了很好的借鉴和经验积累。

（2）经济效益

·在DCS控制方面缩小与国外设备厂家的差距，形成国产化的自主可控DCS技术，软硬件100%自主可控，节约了成本和维护费用；

·具备控制系统优化设计的能力，对现有DCS控制系统进行优化设计，提高机组运行的经济性和安全性。

（3）社会效益

·采用国产元器件，优化了供应链，打破国际垄断；

·完全自主知识产权，为能源行业的安全可靠提供自主可控的控制系统产品，防止关键核心设备卡脖子。

本项目技术大规模推广后，将可有效解决当前重大装备自主可控的紧迫问题，防止关键核心设备卡脖子，具有非常切实的应用价值和社会效益。

摘自《自动化博览》2024年10月刊