控制系统验收与测试过程的探讨①

李兴候 王永波

(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司)

控制系统验收与测试过程的探讨①

李兴候 王永波

(中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司)

主要探讨控制系统验收测试的要求，包括工作内容、涉及的各参与方及其责任、文档要求及各测试阶段的主要目标等。

DCS 验收测试 工作内容 责任

控制系统在石油工业生产过程中被广泛使用，它通过对现场一次端检测仪表和执行机构的监测、控制，完成对整个生产过程的监控。随着控制系统的不断引进与升级，企业设备的自动化水平逐渐提高，整个生产过程对控制系统依赖性非常大。因此，细致严谨的控制系统验收测试非常重要。笔者参考国内外多个项目的经验，从控制系统各参与方责任与范围、文档要求及各阶段验收与测试任务等不同角度出发对控制系统的验收与测试进行阐述。

1 概述

整个控制系统集成了控制(DCS)、安全(SIS)和信息系统。系统由工作站、服务器、交换机、路由器及控制器等组成3个相互联系的网络(过程信息网、控制网和安全网)。控制系统的完整性和可靠性很重要，与系统验收测试息息相关，因此需要从总体策略、原理、先决条件及主要任务等角度出发考虑系统的验收与测试。

控制系统验收与测试环节的多少通常与控制系统的大小与复杂性有关，一般必不可少的环节包括FHT(Factory Hardware Inspection/Testing)、FAT(Factory Acceptance Test)、SIFT(System Integration Functional Test)和SAT(Site Acceptance Test)。系统的构成和测试范围如图1所示。

图1 系统的构成和测试范围

2 各参与方责任与范围

控制系统验收测试涉及多方参与，各参与方的角色可以分为组织方、参与方和见证方。通常情况下，控制系统厂商充当组织方角色，对控制系统的FHT、FAT、SIFT编制计划和执行测试；针对特定的远程仪表间子系统，工程承包商参与测试，充当参与方角色；工程承包商和设计代表见证测试，充当见证方角色。

2.1 组织方

组织方的责任与范围为：

a. 验收测试的计划、安排、执行、记录和签署；

b. 确保验收测试前完成预测试，预测试报告提交设计方；

c. 证明组织方的硬件和软件功能满足技术要求；

d. 按照设计输入条件对DCS、SIS或者子系统完成设置；

e. 确保用于测试的所有要求文档可用；

f. 确保系统硬件和软件齐全，系统具备测试条件；

g. 确保能够有充分的技术支持，以免影响验收测试进程；

h. 确保所有错误和不足记录于系统共用数据库，要求操作分配到个人，同时指定截止日期并在截止日期前消除所有错误和不足。

2.2 参与方

参与方的责任与范围为：

a. 协助和支持组织方，设备及其相关的技术文档通常由参与方提供；

b. 确保所有参与方用于测试的文档可用；

c. 确保参与方能够提供充分的技术支持，以免影响测试进程；

d. 支持组织方确保所有错误和不足记录于系统共用数据库，要求操作分配到个人，同时规定截止日期，并在截止日期前消除所有错误和不足。

2.3 见证方

见证方的责任与范围为：

a. 确保熟悉预测试报告、测试程序、设计输入和测试范围；

b. 确保所有错误和不足记录于系统共用数据库，要求操作分配到个人，同时指定截止日期并在截止日期前改正所有错误和不足；

c. 签署测试，确认按照测试程序正确填写测试清单并记录错误和不足。

3 文档要求

文档是系统验收测试过程中必不可少的一个组成部分。系统验收测试的文档要求提供缺陷跟踪系统记录、预测试完成记录、问题解决记录、变更控制记录、测试状态和进展报告、质量保证、测试记录和最后的测试报告的文档，具体说明如下：

a. 缺陷跟踪系统记录。记录验收测试过程中遇到的缺陷和对应的纠正信息，数据录入至少应该包括缺陷发现的时间、缺陷编号、修改描述、采取动作描述、完成状态和确认完成状态。

b. 预测试完成记录。在预测试期间，组织方确定和记录所有遇到的缺陷，每个缺陷定义一个严重性评级，一般分为轻微和严重两种类型。轻微缺陷在测试过程中直接纠正，严重缺陷首先记录，创建修改计划并约定到期日期。

c. 问题解决记录。对于系统集成测试，控制系统厂商需要测试验证第三方设备的子系统是否集成到整个系统里来，如果在集成测试期间，集成出现问题，各方应注意并暂停测试，分析问题的影响和可能的解决路径。

d. 变更控制记录。验收测试期间，文档、图纸、电子文件、系统设置和图形的变更通常有两类，纠正缺陷导致的变更和增加工作量或者信息引起的变更。

e. 测试状态和进展报告。各个阶段的验收测试都要求提供。

f. 质量保证、测试记录和最后的测试报告。各个阶段的验收测试都要求提供。

4 验收与测试

在控制系统出厂前，根据采购文件确定的时间，由供、需双方对控制系统进行测试和验收，以验证控制系统是否符合技术协议的要求。图2总结了各测试阶段的发生顺序[1]。

图2 各测试阶段的发生顺序

在测试进行之前，供、需双方要准备好相关文件以备使用。用户准备的文件包括[2]：

b. 已签协议，如《技术协议》、《开工会议纪要》等；

c. 设计图纸，如仪表索引表、控制说明、联锁逻辑图、报警信息表及流程图等；

d. 上、下位机组态的用户要求，如操作画面的背景色、设备状态的色变、数值的有效数字及报警信息的色变等；

e. 用户的特殊要求，如控制机柜安装带4～20mA输出的温/湿度仪、电源柜配置3路220V(AC)电流电压表、机柜的单/双开及硬件布置方向等。

供货商准备的文件包括系统文件(如I/O清单、系统设计说明、供电回路图、机柜布置图、接线图、通信地址表及系统工程图等)、出厂验收程序、内部测试报告和FAT时间进度表。

4.1 FHT

FHT的目的是验证整个系统的通信、网络和基础架构；以系统结构图、料单和盘柜图为基础的DCS和SIS硬件安装；与采购清单匹配的安装料单和整个通信网的无障碍运行。鉴于距离的限制，现场的整个光纤通信架构无法在工厂里搭建，通常在工厂里使用相似的光纤通信模拟现场的情况以验证网络通信。

FHT主要测试4个方面：盘柜、网络、控制器和控制台、工作站。主要测试细节如下：

a. 主要盘柜测试。物料清单，总体布置，电线/电缆管理，配电、接地的完整性。

b. 主要网络测试。验证所有节点的IP地址，验证系统状态指示，网络交换机设置，检查看门狗，检查自动切换/冗余电缆或者交换机失效，网络负载测试，光纤转换，所有网络的电缆冗余检查。

c. 主要控制器测试。确认成功上电，确认成功自动切换冗余/主控制器或者供电失效。

d. 主要控制台和工作站。确认成功上电，确认DCS、SIS应用软件成功下载，确认按照软件许可协议安装软件。

4.2 FAT

FAT主要检查DCS系统柜和Marshalling柜，SIS系统柜和Marshalling柜。FAT依据批准的规格书、图纸和材料清单检查包括：硬件设备，盘柜、控制器、I/O载体、电线、电缆和端子的规范标识，接线连续性，正确的位号描述和I/O分配。FAT测试如下：

a. DCS系统柜和Marshalling柜。验证I/O模块的现场侧至DCS设备信号标记的信号通道，验证I/O模块功能，验证I/O分配，验证组态变送器的模型和描述设置，验证组态设备报警设置，确认Marshalling柜到DCS系统柜点对点接线与规范标识。

b. SIS系统柜和Marshalling柜。验证I/O数据库，验证I/O卡，验证I/O分配，确认Marshalling柜到SIS系统柜点对点接线与规范标识。

4.3 SIFT

SIFT主要测试系统性能和功能方面，测试各个子系统连接成一个整体后能否正常运行，测试图形、图形导航、旁路、联锁及控制策略等的设置和功能。SIFT主要分成3个测试类别：SIFT-1，单独DCS、SIS和子系统配置和图形测试；SIFT-2，OPC(Open Protocol Communication)测试；SIFT-3，DCS、SIS和子系统集成测试。SIFT测试如下：

a. SIFT-1。单独DCS、SIS和子系统控制器功能验证、I/O 100%模拟，工程测试(配置比较)包括比较设计输入条件要求的设定参数和数值与在DCS或者SIS设定的实际值，操作测试(性能和功能)包括验证逻辑和控制策略，测试图形导航，测试符合设计输入条件的图形功能。

b. SIFT-2。验证OPC通信，OPC数据交换和DCS、SIS子系统和各类应用的一体化。

c. SIFT-3。验证配置的DCS通信模块，包括子系统地址、波特率等；验证实际SIS、子系统存储映射和DCS登录模块的无缝集成；验证图形功能、旁路、重置、量程及报警等。

4.4 SAT

在DCS系统运抵买家的现场并完成安装后，SAT测试的目的是重新验证整个系统的通信、网络和基础架构功能是否正常。通常，FHT后，系统的大部分会断开连接，所以到现场后SAT的第1步就是重新验证安装的系统与连接的网络，验证过程信息网、过程控制网及安全网等。SAT测试的内容和FHT的一样，同时SAT测试整个系统之前没有进行测试的部分。例如，对于之前FAT未进行的系统柜和Marshalling柜的点对点接线，在现场需要SAT。

5 结束语

经验表明，业主、总承包商和分包商常通过耗时巨大的讨论协商来分清各自承担的责任，为了缩短工期和提高验收质量，对各方的职责和验收内容进行了探讨，在实践中，发现行之有效。一套合格的控制系统，出场验收测试必须由用户、供应商等各方的技术人员抱着严谨的工作态度，齐心协力地完成，才能保证装置一次投产成功并且长期平稳安全运行。

[1] GB/T 25928-2010，出厂验收测试(FAT)、现场验收测试(SAT)、现场综合测试(SIT)规范[S].北京：中国标准出版社，2010.

[2] 田得旺，吕建萍，龚红梅.控制系统的出厂验收测试[J].化工自动化及仪表，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

李兴候(1985-)，工程师，从事自动化控制设计工作，lixinghouwork@163.com。

TH165+.2

B

1000-3932(2017)03-0297-04

1000-3932(2013)01-0122-05施工及验收规范》(GB 50093-2002)、《石油化工仪表供电设计规范》(SH 3082-2003T)、《石油化工分散控制系统设计规范》(SH 3092-1999T)及《出厂验收测试(FAT)、现场验收测试(SAT)、现场综合测试(SIT)规范》(GB/T 25928-2010)等；

2016-07-08)