控制系統(tǒng)驗收與測試過程的探討①

李興候 王永波

(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司)

控制系統(tǒng)驗收與測試過程的探討①

李興候 王永波

(中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司北京分公司)

主要探討控制系統(tǒng)驗收測試的要求，包括工作內(nèi)容、涉及的各參與方及其責(zé)任、文檔要求及各測試階段的主要目標(biāo)等。

DCS 驗收測試 工作內(nèi)容 責(zé)任

控制系統(tǒng)在石油工業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛使用，它通過對現(xiàn)場一次端檢測儀表和執(zhí)行機構(gòu)的監(jiān)測、控制，完成對整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控。隨著控制系統(tǒng)的不斷引進與升級，企業(yè)設(shè)備的自動化水平逐漸提高，整個生產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)依賴性非常大。因此，細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂葡到y(tǒng)驗收測試非常重要。筆者參考國內(nèi)外多個項目的經(jīng)驗，從控制系統(tǒng)各參與方責(zé)任與范圍、文檔要求及各階段驗收與測試任務(wù)等不同角度出發(fā)對控制系統(tǒng)的驗收與測試進行闡述。

1 概述

整個控制系統(tǒng)集成了控制(DCS)、安全(SIS)和信息系統(tǒng)。系統(tǒng)由工作站、服務(wù)器、交換機、路由器及控制器等組成3個相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)(過程信息網(wǎng)、控制網(wǎng)和安全網(wǎng))。控制系統(tǒng)的完整性和可靠性很重要，與系統(tǒng)驗收測試息息相關(guān)，因此需要從總體策略、原理、先決條件及主要任務(wù)等角度出發(fā)考慮系統(tǒng)的驗收與測試。

控制系統(tǒng)驗收與測試環(huán)節(jié)的多少通常與控制系統(tǒng)的大小與復(fù)雜性有關(guān)，一般必不可少的環(huán)節(jié)包括FHT(Factory Hardware Inspection/Testing)、FAT(Factory Acceptance Test)、SIFT(System Integration Functional Test)和SAT(Site Acceptance Test)。系統(tǒng)的構(gòu)成和測試范圍如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的構(gòu)成和測試范圍

2 各參與方責(zé)任與范圍

控制系統(tǒng)驗收測試涉及多方參與，各參與方的角色可以分為組織方、參與方和見證方。通常情況下，控制系統(tǒng)廠商充當(dāng)組織方角色，對控制系統(tǒng)的FHT、FAT、SIFT編制計劃和執(zhí)行測試；針對特定的遠(yuǎn)程儀表間子系統(tǒng)，工程承包商參與測試，充當(dāng)參與方角色；工程承包商和設(shè)計代表見證測試，充當(dāng)見證方角色。

2.1 組織方

組織方的責(zé)任與范圍為：

a. 驗收測試的計劃、安排、執(zhí)行、記錄和簽署；

b. 確保驗收測試前完成預(yù)測試，預(yù)測試報告提交設(shè)計方；

c. 證明組織方的硬件和軟件功能滿足技術(shù)要求；

d. 按照設(shè)計輸入條件對DCS、SIS或者子系統(tǒng)完成設(shè)置；

e. 確保用于測試的所有要求文檔可用；

f. 確保系統(tǒng)硬件和軟件齊全，系統(tǒng)具備測試條件；

g. 確保能夠有充分的技術(shù)支持，以免影響驗收測試進程；

h. 確保所有錯誤和不足記錄于系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)庫，要求操作分配到個人，同時指定截止日期并在截止日期前消除所有錯誤和不足。

2.2 參與方

參與方的責(zé)任與范圍為：

a. 協(xié)助和支持組織方，設(shè)備及其相關(guān)的技術(shù)文檔通常由參與方提供；

b. 確保所有參與方用于測試的文檔可用；

c. 確保參與方能夠提供充分的技術(shù)支持，以免影響測試進程；

d. 支持組織方確保所有錯誤和不足記錄于系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)庫，要求操作分配到個人，同時規(guī)定截止日期，并在截止日期前消除所有錯誤和不足。

2.3 見證方

見證方的責(zé)任與范圍為：

a. 確保熟悉預(yù)測試報告、測試程序、設(shè)計輸入和測試范圍；

b. 確保所有錯誤和不足記錄于系統(tǒng)共用數(shù)據(jù)庫，要求操作分配到個人，同時指定截止日期并在截止日期前改正所有錯誤和不足；

c. 簽署測試，確認(rèn)按照測試程序正確填寫測試清單并記錄錯誤和不足。

3 文檔要求

文檔是系統(tǒng)驗收測試過程中必不可少的一個組成部分。系統(tǒng)驗收測試的文檔要求提供缺陷跟蹤系統(tǒng)記錄、預(yù)測試完成記錄、問題解決記錄、變更控制記錄、測試狀態(tài)和進展報告、質(zhì)量保證、測試記錄和最后的測試報告的文檔，具體說明如下：

a. 缺陷跟蹤系統(tǒng)記錄。記錄驗收測試過程中遇到的缺陷和對應(yīng)的糾正信息，數(shù)據(jù)錄入至少應(yīng)該包括缺陷發(fā)現(xiàn)的時間、缺陷編號、修改描述、采取動作描述、完成狀態(tài)和確認(rèn)完成狀態(tài)。

b. 預(yù)測試完成記錄。在預(yù)測試期間，組織方確定和記錄所有遇到的缺陷，每個缺陷定義一個嚴(yán)重性評級，一般分為輕微和嚴(yán)重兩種類型。輕微缺陷在測試過程中直接糾正，嚴(yán)重缺陷首先記錄，創(chuàng)建修改計劃并約定到期日期。

c. 問題解決記錄。對于系統(tǒng)集成測試，控制系統(tǒng)廠商需要測試驗證第三方設(shè)備的子系統(tǒng)是否集成到整個系統(tǒng)里來，如果在集成測試期間，集成出現(xiàn)問題，各方應(yīng)注意并暫停測試，分析問題的影響和可能的解決路徑。

d. 變更控制記錄。驗收測試期間，文檔、圖紙、電子文件、系統(tǒng)設(shè)置和圖形的變更通常有兩類，糾正缺陷導(dǎo)致的變更和增加工作量或者信息引起的變更。

e. 測試狀態(tài)和進展報告。各個階段的驗收測試都要求提供。

f. 質(zhì)量保證、測試記錄和最后的測試報告。各個階段的驗收測試都要求提供。

4 驗收與測試

在控制系統(tǒng)出廠前，根據(jù)采購文件確定的時間，由供、需雙方對控制系統(tǒng)進行測試和驗收，以驗證控制系統(tǒng)是否符合技術(shù)協(xié)議的要求。圖2總結(jié)了各測試階段的發(fā)生順序[1]。

圖2 各測試階段的發(fā)生順序

在測試進行之前，供、需雙方要準(zhǔn)備好相關(guān)文件以備使用。用戶準(zhǔn)備的文件包括[2]：

b. 已簽協(xié)議，如《技術(shù)協(xié)議》、《開工會議紀(jì)要》等；

c. 設(shè)計圖紙，如儀表索引表、控制說明、聯(lián)鎖邏輯圖、報警信息表及流程圖等；

d. 上、下位機組態(tài)的用戶要求，如操作畫面的背景色、設(shè)備狀態(tài)的色變、數(shù)值的有效數(shù)字及報警信息的色變等；

e. 用戶的特殊要求，如控制機柜安裝帶4～20mA輸出的溫/濕度儀、電源柜配置3路220V(AC)電流電壓表、機柜的單/雙開及硬件布置方向等。

供貨商準(zhǔn)備的文件包括系統(tǒng)文件(如I/O清單、系統(tǒng)設(shè)計說明、供電回路圖、機柜布置圖、接線圖、通信地址表及系統(tǒng)工程圖等)、出廠驗收程序、內(nèi)部測試報告和FAT時間進度表。

4.1 FHT

FHT的目的是驗證整個系統(tǒng)的通信、網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)架構(gòu)；以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、料單和盤柜圖為基礎(chǔ)的DCS和SIS硬件安裝；與采購清單匹配的安裝料單和整個通信網(wǎng)的無障礙運行。鑒于距離的限制，現(xiàn)場的整個光纖通信架構(gòu)無法在工廠里搭建，通常在工廠里使用相似的光纖通信模擬現(xiàn)場的情況以驗證網(wǎng)絡(luò)通信。

FHT主要測試4個方面：盤柜、網(wǎng)絡(luò)、控制器和控制臺、工作站。主要測試細(xì)節(jié)如下：

a. 主要盤柜測試。物料清單，總體布置，電線/電纜管理，配電、接地的完整性。

b. 主要網(wǎng)絡(luò)測試。驗證所有節(jié)點的IP地址，驗證系統(tǒng)狀態(tài)指示，網(wǎng)絡(luò)交換機設(shè)置，檢查看門狗，檢查自動切換/冗余電纜或者交換機失效，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載測試，光纖轉(zhuǎn)換，所有網(wǎng)絡(luò)的電纜冗余檢查。

c. 主要控制器測試。確認(rèn)成功上電，確認(rèn)成功自動切換冗余/主控制器或者供電失效。

d. 主要控制臺和工作站。確認(rèn)成功上電，確認(rèn)DCS、SIS應(yīng)用軟件成功下載，確認(rèn)按照軟件許可協(xié)議安裝軟件。

4.2 FAT

FAT主要檢查DCS系統(tǒng)柜和Marshalling柜，SIS系統(tǒng)柜和Marshalling柜。FAT依據(jù)批準(zhǔn)的規(guī)格書、圖紙和材料清單檢查包括：硬件設(shè)備，盤柜、控制器、I/O載體、電線、電纜和端子的規(guī)范標(biāo)識，接線連續(xù)性，正確的位號描述和I/O分配。FAT測試如下：

a. DCS系統(tǒng)柜和Marshalling柜。驗證I/O模塊的現(xiàn)場側(cè)至DCS設(shè)備信號標(biāo)記的信號通道，驗證I/O模塊功能，驗證I/O分配，驗證組態(tài)變送器的模型和描述設(shè)置，驗證組態(tài)設(shè)備報警設(shè)置，確認(rèn)Marshalling柜到DCS系統(tǒng)柜點對點接線與規(guī)范標(biāo)識。

b. SIS系統(tǒng)柜和Marshalling柜。驗證I/O數(shù)據(jù)庫，驗證I/O卡，驗證I/O分配，確認(rèn)Marshalling柜到SIS系統(tǒng)柜點對點接線與規(guī)范標(biāo)識。

4.3 SIFT

SIFT主要測試系統(tǒng)性能和功能方面，測試各個子系統(tǒng)連接成一個整體后能否正常運行，測試圖形、圖形導(dǎo)航、旁路、聯(lián)鎖及控制策略等的設(shè)置和功能。SIFT主要分成3個測試類別：SIFT-1，單獨DCS、SIS和子系統(tǒng)配置和圖形測試；SIFT-2，OPC(Open Protocol Communication)測試；SIFT-3，DCS、SIS和子系統(tǒng)集成測試。SIFT測試如下：

a. SIFT-1。單獨DCS、SIS和子系統(tǒng)控制器功能驗證、I/O 100%模擬，工程測試(配置比較)包括比較設(shè)計輸入條件要求的設(shè)定參數(shù)和數(shù)值與在DCS或者SIS設(shè)定的實際值，操作測試(性能和功能)包括驗證邏輯和控制策略，測試圖形導(dǎo)航，測試符合設(shè)計輸入條件的圖形功能。

b. SIFT-2。驗證OPC通信，OPC數(shù)據(jù)交換和DCS、SIS子系統(tǒng)和各類應(yīng)用的一體化。

c. SIFT-3。驗證配置的DCS通信模塊，包括子系統(tǒng)地址、波特率等；驗證實際SIS、子系統(tǒng)存儲映射和DCS登錄模塊的無縫集成；驗證圖形功能、旁路、重置、量程及報警等。

4.4 SAT

在DCS系統(tǒng)運抵買家的現(xiàn)場并完成安裝后，SAT測試的目的是重新驗證整個系統(tǒng)的通信、網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)架構(gòu)功能是否正常。通常，F(xiàn)HT后，系統(tǒng)的大部分會斷開連接，所以到現(xiàn)場后SAT的第1步就是重新驗證安裝的系統(tǒng)與連接的網(wǎng)絡(luò)，驗證過程信息網(wǎng)、過程控制網(wǎng)及安全網(wǎng)等。SAT測試的內(nèi)容和FHT的一樣，同時SAT測試整個系統(tǒng)之前沒有進行測試的部分。例如，對于之前FAT未進行的系統(tǒng)柜和Marshalling柜的點對點接線，在現(xiàn)場需要SAT。

5 結(jié)束語

經(jīng)驗表明，業(yè)主、總承包商和分包商常通過耗時巨大的討論協(xié)商來分清各自承擔(dān)的責(zé)任，為了縮短工期和提高驗收質(zhì)量，對各方的職責(zé)和驗收內(nèi)容進行了探討，在實踐中，發(fā)現(xiàn)行之有效。一套合格的控制系統(tǒng)，出場驗收測試必須由用戶、供應(yīng)商等各方的技術(shù)人員抱著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，齊心協(xié)力地完成，才能保證裝置一次投產(chǎn)成功并且長期平穩(wěn)安全運行。

[1] GB/T 25928-2010，出廠驗收測試(FAT)、現(xiàn)場驗收測試(SAT)、現(xiàn)場綜合測試(SIT)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 田得旺，呂建萍，龔紅梅.控制系統(tǒng)的出廠驗收測試[J].化工自動化及儀表，2013，40(1)：122～125，130.

ProcessDiscussionofAcceptanceandTestforControlSystem

LI Xing-hou, WANG Yong-bo

(BeijingBranchCompany,ChinaPetroleumEngineeringCo.,Ltd.)

The requirements of DCS acceptance and test were discussed, which covers work scope and responsibilities of all parties involved and the documents for testing and the major tasks for each test stage.

DCS acceptance and test, work scope, responsibilities

李興候(1985-)，工程師，從事自動化控制設(shè)計工作，lixinghouwork@163.com。

TH165+.2

B

1000-3932(2017)03-0297-04

1000-3932(2013)01-0122-05施工及驗收規(guī)范》(GB 50093-2002)、《石油化工儀表供電設(shè)計規(guī)范》(SH 3082-2003T)、《石油化工分散控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(SH 3092-1999T)及《出廠驗收測試(FAT)、現(xiàn)場驗收測試(SAT)、現(xiàn)場綜合測試(SIT)規(guī)范》(GB/T 25928-2010)等；

2016-07-08)