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核電站DCS系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的控制研究及改進(jìn)

閱讀：158發(fā)布時間：2014-11-13

　　福清一期和方家山項(xiàng)目是中核集團(tuán)旗下的中國核電工程有限公司*批總承包的項(xiàng)目，并且采用的是全數(shù)字化DCS系統(tǒng)。該項(xiàng)目中DCS平臺是由英國INVENSYS公司的安全級TRICON系統(tǒng)、非安全級IA系統(tǒng)和法國ATOS公司的ADACS_N系統(tǒng)構(gòu)成。
　　
　　TRICON和IA構(gòu)成了DCS的一層，即自動控制和保護(hù)層，負(fù)責(zé)電廠不同工藝監(jiān)視系統(tǒng)的信號調(diào)制和處理。其中TRCON主要完成與安全相關(guān)的功能，如反應(yīng)堆跳閘邏輯、專設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動等；IA主要完成非安全相關(guān)的控制邏輯處理和信號傳輸；ADACS_N系統(tǒng)構(gòu)成了DCS的二層，即操作和信息管理層.使操作員能夠操作電廠，并監(jiān)督電廠狀態(tài)。
　　
　　1POT對象
　　
　　方福項(xiàng)目中DCS系統(tǒng)一層和二層是不同廠家的平臺，這樣就意味著需要建立兩個平臺間的數(shù)據(jù)鏈接機(jī)制，該項(xiàng)目中這兩個平臺的數(shù)據(jù)傳輸是基于FOXAPI協(xié)議。
　　
　　基于FOXAPI通訊協(xié)議的一、二層數(shù)據(jù)傳輸是通過工程對象塊（PROJECTOBJECTTYPE，簡稱POT）來完成的，在項(xiàng)目中有很多種POT類型，如開關(guān)量（Binaryinput）、模擬量（Analoginput）、手動閥（Manualvalve）、電動閥（Blockvalve）、執(zhí)行器（BinaryActuator），調(diào)節(jié)閥（Loopcontrolvalve）、電磁閥（Solenoidvalve）、切換器（Selector）、多重命令塊（Multiequipmentcommands）等幾大類。每一類對象又可以根據(jù)具體的特性分為幾種小類，各個類所需要的數(shù)據(jù)信息以及相應(yīng)的操作命令是根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)邏輯圖模擬圖相關(guān)文件來配置定義的。一層送往二層的信息以及二層送往一層的命令都需要通過相應(yīng)POT對象的配置來傳輸完成。
　　
　　而調(diào)節(jié)閥在所有的過程對象中是比較復(fù)雜的控制對象。對于此類對象，一層往二層送的數(shù)據(jù)信息有調(diào)節(jié)器輸出值、調(diào)節(jié)器設(shè)定值、控制模式、全開、全關(guān)等信息。二層發(fā)往一層的命令有開、關(guān)、輸入設(shè)定值、增減、模式選擇等操作。而對調(diào)節(jié)閥的控制操作中，各個調(diào)節(jié)模式之間的無擾切換是比較容易出問題的環(huán)節(jié)。
　　
　　2調(diào)節(jié)閥的控制分析
　　
　　調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)模式分為自動模式（包括了內(nèi)給定模式、外給定模式）和手動模式。本文不再詳細(xì)介紹調(diào)節(jié)閥的基本控制原理，重點(diǎn)分析在方福項(xiàng)目中這幾種模式的原切換控制方案中的問題和改進(jìn)后的切換控制方案。
　　
　　2.1自動模式切手動模式
　　
　　1）原方案：原調(diào)節(jié)器的控制中，手動模式下的手動開度輸入值無法自動跟蹤調(diào)節(jié)器的輸出值。自動模式切為手動模式時，由于手動輸入值跟切換時調(diào)節(jié)器的輸出值不一致，可能會出現(xiàn)擾動現(xiàn)象；
　　
　　2）解決方案：為了能夠達(dá)到無擾切換的目的，在調(diào)節(jié)器的輸出側(cè)增加了一個CALCA功能塊，詳見圖1：
　　
　　圖1改進(jìn)后自動切手動功能圖
　　
　　從圖中可以看出，RI01（調(diào)節(jié)器輸出）和RI02（手動模式下操作員的輸入）都送到該功能塊中。在自動切到手動時，RO01（功能塊的輸出）一直等于RI01（調(diào)節(jié)器輸出），所以閥門的控制信號沒有變化，只有當(dāng)一層檢測到RI02手動模式下操作員的輸入信號發(fā)生了改變，即操作員輸入了新的手動開度輸入值時，該功能塊的輸出由RI01變?yōu)镽I02，整個過程實(shí)現(xiàn)了無擾切換。這里需要說明的是由于此方案的無擾切換是在一層完成，對二層沒有任何修改。
　　
　　2.2手動模式切自動模式
　　
　　2.2.1手動模式切外給定模式
　　
　　1）原方案：原調(diào)節(jié)器的控制中，雖然原功能圖中由BCALCI/BCALCO引腳實(shí)現(xiàn)了跟蹤功能。但是由于手動切為自動模式時（ATOS設(shè)計(jì)中手動模式下外設(shè)定值不能進(jìn)行修改），外設(shè)定值還得需要操作員手動輸入進(jìn)行修改，這樣就會造成模式切換瞬間，調(diào)節(jié)器先向原設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在操作員輸入目標(biāo)值后又向目標(biāo)值調(diào)節(jié)，可能會存在擾動現(xiàn)象。
　　
　　2）解決方案：為了達(dá)到無擾切換，在調(diào)節(jié)器輸入側(cè)增加了一個CALCA功能塊，詳見圖2：

　　
　　圖2改進(jìn)后手動切外給定功能圖
　　
　　此功能塊完成的功能是在手動模式下，外設(shè)定值跟蹤測量值，調(diào)節(jié)器的設(shè)定值同時送到二層進(jìn)行顯示。這樣由于設(shè)定值和測量值是相等的，當(dāng)從手動切換到自動模式時，切換瞬間調(diào)節(jié)器理論上會保持在原位，之后操作員可以手動輸入目標(biāo)設(shè)定值，完成調(diào)節(jié)器的無擾切換。此方案也是在一層完成，對二層沒有任何修改。
　　
　　2.2.2手動模式切內(nèi)給定模式
　　
　　對于從手動模式到內(nèi)給定模式的切換，目標(biāo)值是不變的，這就意味著目標(biāo)值在每次切換前就已經(jīng)設(shè)置好了，加上圖中的BCALCI/BCALCO引腳能夠完成跟蹤功能，從手動切到內(nèi)給定模式可以完成無擾切換。
　　
　　3問題及改進(jìn)方法
　　
　　雖然經(jīng)過改進(jìn)后的方案能完成各個模式之間的無擾切換，基本滿足了運(yùn)行的要求，但還存在一些問題。
　　
　　當(dāng)對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行手動/自動模式或自動/手動模式切換時，需要在操作畫面上進(jìn)行相應(yīng)的SETPOINT或OUTPUT設(shè)定操作，而這種操作可以用兩種方式來實(shí)現(xiàn)。
　　
　　一種是在相應(yīng)的畫面輸入框中直接輸入需要設(shè)定的值。根據(jù)上一章內(nèi)容的分析可以看出采用這種方式?jīng)]有任何問題，不會帶來擾動問題；另一種方式是不直接在畫面輸入框中輸入新值，而是通過直接點(diǎn)擊操作面板上的增減按鈕對相應(yīng)的值進(jìn)行調(diào)整。而在Atos的二層對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥控制界面中，SETPOINT（自動調(diào)節(jié)的設(shè)定值）輸入框和OUTPUT（手動調(diào)節(jié)的輸出設(shè)定）輸入框的值在目前在切換過程中并沒有實(shí)時跟蹤調(diào)節(jié)器的測量值以及調(diào)節(jié)器的輸出。采用此種方式時，由于二層沒有跟蹤一層的相應(yīng)值，二層的值還維持在原先的值，此時直接進(jìn)行增減調(diào)整的話是以二層原先的值為基礎(chǔ)進(jìn)行增減，這樣一層接受的值就是以二層原值基礎(chǔ)上的增減變化的值，也就可能帶來擾動甚至超調(diào)現(xiàn)象的情況。
　　
　　為了避免這種情況發(fā)生，需要二層也能實(shí)時跟蹤調(diào)節(jié)器的值。即SETPOINT（自動調(diào)節(jié)的設(shè)定值）輸入框和OUTPUT（手動調(diào)節(jié)的輸出設(shè)定值）輸入框在非激活的情況下能夠作為一個readout來顯示跟蹤的調(diào)節(jié)器的相應(yīng)值，這樣在調(diào)節(jié)器進(jìn)行手動/自動模式或自動/手動模式切換時，在操作畫面上無論進(jìn)行哪兒種操作方法，都能較好的完成無擾切換。但此種方法是否會增加該對象的通訊負(fù)擔(dān)，影響實(shí)時性以及增加測試負(fù)責(zé)性等還待進(jìn)一步研究。
　　
　　4結(jié)論
　　
　　隨著方家山、福清項(xiàng)目的進(jìn)展，在提出問題和解決問題的過程，DCS中包括調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的各個控制功能也在一步一步的完善，大大增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在后續(xù)新項(xiàng)目實(shí)施過程中，可以借鑒方福項(xiàng)目在調(diào)節(jié)閥等控制中遇到的問題的解決辦法，以及本文中提到的改進(jìn)建議。

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