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技術(shù)文章

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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