DCS設(shè)計(jì)清單標(biāo)準(zhǔn)化生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 旭，姚 璋

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610213）

0 引言

在DCS控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員主要通過(guò)圖和表的方式來(lái)描述整個(gè)系統(tǒng)，用以對(duì)生產(chǎn)、裝配、測(cè)試等作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)[1，2]。硬件設(shè)計(jì)圖紙通常會(huì)包括IO模塊配置、供電接線信息、網(wǎng)絡(luò)配置、IO信號(hào)信息等內(nèi)容。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，需通過(guò)IO分配清單、柜間電纜清單、端接清單、網(wǎng)絡(luò)連接清單、設(shè)備清單等清單類文件來(lái)具體描述機(jī)柜內(nèi)的信號(hào)、供電等接線關(guān)系。這部分清單文件包含豐富的信息，在編制過(guò)程中如通過(guò)手工編制的方式，則需投入大量的人力和時(shí)間，且難以避免人因失誤，如能采用自動(dòng)生成清單文件的方式，可有效地提高工程效率和質(zhì)量。

Eplan是一款成熟的電氣工程輔助軟件，具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和豐富的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)，目前已廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中[3]。Eplan中提供了按照標(biāo)簽內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置的基礎(chǔ)報(bào)表，其內(nèi)容雖然支持個(gè)性化定制，但覆蓋性不足，只能實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽信息的導(dǎo)出，不能處理復(fù)雜邏輯[4]。在工程應(yīng)用中需要先從Eplan導(dǎo)出清單到Excel格式文件，再對(duì)Excel進(jìn)行二次處理。本文利用Eplan軟件的API接口，根據(jù)IO分配清單和線纜清冊(cè)等清單類文件的特定格式進(jìn)行定制化開發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套DCS設(shè)計(jì)清單標(biāo)準(zhǔn)化生成系統(tǒng)。

1 功能分析

DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)從初始的系統(tǒng)需求、技術(shù)要求出發(fā)，在總體方案形成之后，經(jīng)過(guò)軟硬件需求分析、軟硬件初步設(shè)計(jì)、軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟硬件實(shí)現(xiàn)一系列階段后，得到集成的可應(yīng)用系統(tǒng)。DCS設(shè)計(jì)清單的編制主要發(fā)生在硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，其上游輸入為DCS技術(shù)方案、軟件算法組態(tài)、初步IO清單等。DCS設(shè)計(jì)清單主要包括了IO分配清單、端接清單、網(wǎng)絡(luò)連接清單、柜間電纜清單、設(shè)備清單等。

1.1 IO分配清單

IO分配清單是標(biāo)明了IO點(diǎn)名稱、信號(hào)說(shuō)明和各類參數(shù)的表格，主要定義了IO點(diǎn)的名稱、數(shù)據(jù)類型、信號(hào)描述、量程、來(lái)源/去向、接線設(shè)備、調(diào)理分配和隔離信息等，為機(jī)柜接線原理圖提供設(shè)計(jì)輸入，同時(shí)也可以為生產(chǎn)制造、工程測(cè)試及后續(xù)維護(hù)提供參考。

IO分配清單的編制需要結(jié)合DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及平臺(tái)特點(diǎn)，參照基本設(shè)計(jì)階段的初步IO清單、儀控功能圖、產(chǎn)品基線和機(jī)柜布置圖等相關(guān)信息，為各IO點(diǎn)配置相應(yīng)的IO模塊，將DCS的硬接線信號(hào)進(jìn)行合理地分配布局，將初步IO清單中各信號(hào)點(diǎn)的順序進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整并填入IO模塊硬件信息。

IO分配清單包含AI（模擬量輸入）清單、AO（模擬量輸出）清單、DI（數(shù)字量輸入）清單、DO（數(shù)字量輸出）清單四種，每種清單均由兩部分組成：信號(hào)輸入信息部分和信號(hào)調(diào)理分配信息部分。信號(hào)輸入信息部分內(nèi)容包括變量名、類型、量程范圍、安全行為、說(shuō)明、信號(hào)通道、模塊型號(hào)、端子號(hào)和供電來(lái)源等，用以指導(dǎo)模塊的配置和接線設(shè)計(jì)；信號(hào)調(diào)理分配信息部分內(nèi)容包括信號(hào)來(lái)源、端子號(hào)、供電類型和調(diào)理模塊型號(hào)等。

1.2 線纜清冊(cè)

線纜清冊(cè)是DCS系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的所有接口端接信息的總稱。線纜清冊(cè)中包含了電纜信息、電纜起點(diǎn)信息、電纜終點(diǎn)信息及其他信息等內(nèi)容，其中電纜信息包含電纜編號(hào)、電纜類型、線芯數(shù)、電壓等級(jí)（僅適用于電力電纜）、列、顏色、長(zhǎng)度等內(nèi)容；電纜起點(diǎn)信息和終端信息包含信號(hào)名稱、信號(hào)類型、房間號(hào)、機(jī)柜號(hào)，端子排號(hào)，端子號(hào)，端子屬性、參考圖紙、接地等內(nèi)容；其他信息為線纜的輔助信息，用于版本控制及輸入追溯等，主要包含信號(hào)描述、敷設(shè)路徑、版本等。

為便于工程實(shí)施和維護(hù)，線纜清冊(cè)按接口、系統(tǒng)、敷設(shè)路徑等不同的劃分原則，分為端接清單、柜間電纜清單、網(wǎng)絡(luò)連接清單三種文件[5～7]。

1.3 示例說(shuō)明

1.3.1 典型DCS系統(tǒng)組成

以某DCS系統(tǒng)為例，其結(jié)構(gòu)由預(yù)處理站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、調(diào)理分配站組成，如圖1所示。

圖1 DCS平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

預(yù)處理站將控制站與現(xiàn)場(chǎng)儀表與傳感器連接起來(lái)，通過(guò)預(yù)處理站將模擬量、開關(guān)量、熱電偶以及熱電阻信號(hào)與AI以及DI能夠采集、識(shí)別的模擬量及開關(guān)量信號(hào)相互轉(zhuǎn)換?？刂普臼峭瓿煽刂乒δ艿暮诵恼?，由主控模塊、通信模塊、擴(kuò)展模塊、輸入模塊、輸出模塊和電源模塊等組成，具有輸入輸出、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)邏輯處理功能。經(jīng)過(guò)控制站處理后的信號(hào)需要再通過(guò)調(diào)理分配站，經(jīng)過(guò)必要的信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過(guò)輸出模塊輸出到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。

1.3.2 清單內(nèi)容描述

IO分配清單一般以控制站為單位進(jìn)行編制，預(yù)處理站的相關(guān)信息放在控制站信號(hào)的調(diào)理分配部分進(jìn)行表示。

端接清單主要為DCS系統(tǒng)與外部系統(tǒng)間的接線關(guān)系，分為供電端接清單、接地端接清單和信號(hào)端接清單。

柜間電纜清單主要為DCS內(nèi)部機(jī)柜間信號(hào)連接信息，包含大量信號(hào)分配的情況，在編制清單時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況在電纜信息中顯示出信號(hào)通過(guò)隔離分配模塊進(jìn)行信號(hào)分配的內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)連接清單主要描述機(jī)柜內(nèi)部主控機(jī)箱與擴(kuò)展機(jī)箱之間、不同機(jī)柜間的光纖網(wǎng)絡(luò)連接等信息。

2 功能設(shè)計(jì)

對(duì)清單文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生成時(shí)，按照如圖2的流程進(jìn)行。根據(jù)DCS技術(shù)方案、軟件算法組態(tài)、初步IO清單等輸入文件依次生成網(wǎng)絡(luò)連接清單、IO分配清單、端接清單、柜間電纜清單和設(shè)備清單各文件[6，7]。

圖2 清單標(biāo)準(zhǔn)化生成流程

具體步驟如下：

1）根據(jù)軟件算法組態(tài)確定網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的數(shù)量、來(lái)源去向、傳輸路徑等以得到網(wǎng)絡(luò)連接清單；

2）將初步IO清單的信號(hào)根據(jù)來(lái)源去向以及不同的級(jí)別進(jìn)行信號(hào)分配及模塊配置以得到IO分配清單；

3）根據(jù)DCS技術(shù)方案和IO分配清單進(jìn)行接線原理圖、布置圖的設(shè)計(jì)；

4）根據(jù)信號(hào)接線原理圖完成端接清單、柜間電纜清單的編制；

5）根據(jù)布置圖完成設(shè)備清單的編制。

2.1 IO分配清單

圖3 IO分配清單

IO分配清單的信息整合自初步IO清單、控制站的硬件設(shè)計(jì)圖紙、信號(hào)預(yù)處理站的硬件設(shè)計(jì)圖紙。標(biāo)準(zhǔn)化生成內(nèi)容包括三步：控制站圖紙信息提取、預(yù)處理站信息提取、信息匯總整合。

每一個(gè)IO分配信號(hào)包括一條其在控制站中的卡件通道分配信息，以及一條或多條其在預(yù)處理站信號(hào)分配的信息，其信息數(shù)與其信號(hào)分配個(gè)數(shù)有關(guān)?？刂普緢D紙中包含了該信號(hào)的通道分配、量程、單位、描述等信息，控制站圖紙信息提取模塊將上述信息由Eplan圖紙中導(dǎo)出，留待后續(xù)信息整合使用。

預(yù)處理站圖紙中包含了信號(hào)的一分多信息，即如何使用分配模塊將一個(gè)信號(hào)分配為多個(gè)信號(hào)?？紤]到級(jí)聯(lián)的情況，信號(hào)在預(yù)處理站的信息可能有多個(gè)。預(yù)處理站中的信息與控制站中的信息依靠變量名實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)。

最后將初步IO清單中的信息填充至上述信息結(jié)構(gòu)中，IO分配信息的結(jié)構(gòu)體如圖4所示。

圖4 IO分配信息示意圖

2.2 端接清單

端接清單的生成流程如圖5所示，柜間電纜清單、網(wǎng)絡(luò)連接清單的生成過(guò)程與端接清單類似。

圖5 端接清單生成流程

在Eplan中，信號(hào)的去向信息填寫在PLC端子的“地址”屬性或端子的“用戶定義”屬性中，需要遍歷所有頁(yè)面的所有端子，查詢其屬性，針對(duì)填充了該屬性的端子，在去向列表中查找，如不存在，則增加記錄。

以C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)為例，其核心代碼如下：

對(duì)應(yīng)去向列表，為每種去向建立一個(gè)Excel worksheet。再次遍歷圖紙，讀取每一個(gè)對(duì)外信號(hào)，在對(duì)應(yīng)去向的worksheet中建立信號(hào)線制的框架。框架的選擇取自信號(hào)的屬性，如二線制，三線制等，并在該框架中填入信息。當(dāng)所有信號(hào)信息填寫完成后，即完成的端接清單的自動(dòng)生成。

設(shè)備清單

設(shè)備清單以導(dǎo)出圖紙中的設(shè)備信息為主，其中，需要的邏輯處理包括略過(guò)PLC端子（用于表示設(shè)備的連接）、略過(guò)一些小型設(shè)備或輔件（如繼電器底座、指示燈底座）、略過(guò)機(jī)柜自帶輔件（如匯流條、柜體自帶門限開關(guān)）等。設(shè)備清單自動(dòng)生成流程如圖6所示。

圖6 設(shè)備清單生成流程

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 運(yùn)行環(huán)境

本系統(tǒng)在可在Windows7環(huán)境下運(yùn)行，搭載軟件為Visual Studio、Eplan和Office Excel。使用C#語(yǔ)言編寫了動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)格式的函數(shù)庫(kù)，可通過(guò)Eplan中的API接口加載運(yùn)行，在Eplan的功能選項(xiàng)卡中增加了清單標(biāo)準(zhǔn)化生成功能按鈕，可以選擇性生成對(duì)應(yīng)的清單。

3.2 功能測(cè)試

在漳州核電1、2號(hào)機(jī)組安全級(jí)DCS供貨項(xiàng)目應(yīng)用本系統(tǒng)，生成的設(shè)計(jì)清單如圖7所示。生成的設(shè)計(jì)清單格式與輸出文件要求一致，可直接應(yīng)用于后續(xù)測(cè)試階段。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，清單標(biāo)準(zhǔn)化生成系統(tǒng)可有效提高清單文件編制效率，將人均編制時(shí)間縮短至原先的1/5。

圖7 設(shè)計(jì)清單生成示例

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)基于Eplan軟件的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在Eplan中完備、規(guī)范化填寫信息，在此基礎(chǔ)上利用標(biāo)準(zhǔn)化清單生成系統(tǒng)自動(dòng)生成清單文件，可有效地提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文所設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)清單標(biāo)準(zhǔn)化生成工具已在漳州核電1、2號(hào)機(jī)組安全級(jí)DCS供貨項(xiàng)目中得到應(yīng)用，取得了較好的使用效果。