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    關(guān)于核電站DCS系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥如何控制，怎么改進(jìn)等系列問(wèn)題，今天杜伯拉閥門(mén)技術(shù)君給大家分享一篇論文：

    0 引言

    福清一期和方家山項(xiàng)目是中核集團(tuán)旗下的中國(guó)核電工程有限公司第一批總承包的項(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(tái)是由英國(guó)INVENSYS公司的安全級(jí)TRICON系統(tǒng)、非安全級(jí)IA系統(tǒng)和法國(guó)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(dòng)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(hào)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(zhuān)設(shè)安全設(shè)施驅(qū)動(dòng)等；IA主要完成非安全相關(guān)的控制邏輯處理和信號(hào)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)。

    1 POT對(duì)象

    方福項(xiàng)目中DCS系統(tǒng)一層和二層是不同廠家的平臺(tái)，這樣就意味著需要建立兩個(gè)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)鏈接機(jī)制，該項(xiàng)目中這兩個(gè)平臺(tái)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(guò)工程對(duì)象塊（PROJECTOBJECTTYPE，簡(jiǎn)稱(chēng)POT）來(lái)完成的，在項(xiàng)目中有很多種POT類(lèi)型，如開(kāi)關(guān)量（Binaryinput）、模擬量（Analoginput）、手動(dòng)閥（Manualvalve）、電動(dòng)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(lèi)。每一類(lèi)對(duì)象又可以根據(jù)具體的特性分為幾種小類(lèi)，各個(gè)類(lèi)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(lái)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(guò)相應(yīng)POT對(duì)象的配置來(lái)傳輸完成。

    而調(diào)節(jié)閥在所有的過(guò)程對(duì)象中是比較復(fù)雜的控制對(duì)象。對(duì)于此類(lèi)對(duì)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(kāi)、全關(guān)等信息。二層發(fā)往一層的命令有開(kāi)、關(guān)、輸入設(shè)定值、增減、模式選擇等操作。而對(duì)調(diào)節(jié)閥的控制操作中，各個(gè)調(diào)節(jié)模式之間的無(wú)擾切換是比較容易出問(wèn)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(dòng)模式（包括了內(nèi)給定模式、外給定模式）和手動(dòng)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(wèn)題和改進(jìn)后的切換控制方案。

    2.1 自動(dòng)模式切手動(dòng)模式

    1）原方案：原調(diào)節(jié)器的控制中，手動(dòng)模式下的手動(dòng)開(kāi)度輸入值無(wú)法自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)器的輸出值。自動(dòng)模式切為手動(dòng)模式時(shí)，由于手動(dòng)輸入值跟切換時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出值不一致，可能會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)現(xiàn)象；

    2）解決方案：為了能夠達(dá)到無(wú)擾切換的目的，在調(diào)節(jié)器的輸出側(cè)增加了一個(gè)CALCA功能塊，詳見(jiàn)圖1：

圖1 改進(jìn)后自動(dòng)切手動(dòng)功能圖

    從圖中可以看出，RI01（調(diào)節(jié)器輸出）和RI02（手動(dòng)模式下操作員的輸入）都送到該功能塊中。在自動(dòng)切到手動(dòng)時(shí)，RO01（功能塊的輸出）一直等于RI01（調(diào)節(jié)器輸出），所以閥門(mén)的控制信號(hào)沒(méi)有變化，只有當(dāng)一層檢測(cè)到RI02手動(dòng)模式下操作員的輸入信號(hào)發(fā)生了改變，即操作員輸入了新的手動(dòng)開(kāi)度輸入值時(shí)，該功能塊的輸出由RI01變?yōu)镽I02，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換。這里需要說(shuō)明的是由于此方案的無(wú)擾切換是在一層完成，對(duì)二層沒(méi)有任何修改。

    2.2 手動(dòng)模式切自動(dòng)模式

    2.2.1 手動(dòng)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(dòng)切為自動(dòng)模式時(shí)（ATOS設(shè)計(jì)中手動(dòng)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(dòng)輸入進(jìn)行修改，這樣就會(huì)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(huì)存在擾動(dòng)現(xiàn)象。

    2）解決方案：為了達(dá)到無(wú)擾切換，在調(diào)節(jié)器輸入側(cè)增加了一個(gè)CALCA功能塊，詳見(jiàn)圖2：

圖2 改進(jìn)后手動(dòng)切外給定功能圖

    此功能塊完成的功能是在手動(dòng)模式下，外設(shè)定值跟蹤測(cè)量值，調(diào)節(jié)器的設(shè)定值同時(shí)送到二層進(jìn)行顯示。這樣由于設(shè)定值和測(cè)量值是相等的，當(dāng)從手動(dòng)切換到自動(dòng)模式時(shí)，切換瞬間調(diào)節(jié)器理論上會(huì)保持在原位，之后操作員可以手動(dòng)輸入目標(biāo)設(shè)定值，完成調(diào)節(jié)器的無(wú)擾切換。此方案也是在一層完成，對(duì)二層沒(méi)有任何修改。

    2.2.2 手動(dòng)模式切內(nèi)給定模式

    對(duì)于從手動(dòng)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(dòng)切到內(nèi)給定模式可以完成無(wú)擾切換。

    3 問(wèn)題及改進(jìn)方法

    雖然經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的方案能完成各個(gè)模式之間的無(wú)擾切換，基本滿足了運(yùn)行的要求，但還存在一些問(wèn)題。

    當(dāng)對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)模式或自動(dòng)/手動(dòng)模式切換時(shí)，需要在操作畫(huà)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

    一種是在相應(yīng)的畫(huà)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(wèn)題，不會(huì)帶來(lái)擾動(dòng)問(wèn)題；另一種方式是不直接在畫(huà)面輸入框中輸入新值，而是通過(guò)直接點(diǎn)擊操作面板上的增減按鈕對(duì)相應(yīng)的值進(jìn)行調(diào)整。而在Atos的二層對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)閥控制界面中，SETPOINT（自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)定值）輸入框和OUTPUT（手動(dòng)調(diào)節(jié)的輸出設(shè)定）輸入框的值在目前在切換過(guò)程中并沒(méi)有實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)器的測(cè)量值以及調(diào)節(jié)器的輸出。采用此種方式時(shí)，由于二層沒(méi)有跟蹤一層的相應(yīng)值，二層的值還維持在原先的值，此時(shí)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(lái)擾動(dòng)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(shí)跟蹤調(diào)節(jié)器的值。即SETPOINT（自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)定值）輸入框和OUTPUT（手動(dòng)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(gè)readout來(lái)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(dòng)/自動(dòng)模式或自動(dòng)/手動(dòng)模式切換時(shí)，在操作畫(huà)面上無(wú)論進(jìn)行哪兒種操作方法，都能較好的完成無(wú)擾切換。但此種方法是否會(huì)增加該對(duì)象的通訊負(fù)擔(dān)，影響實(shí)時(shí)性以及增加測(cè)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(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程，DCS中包括調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的各個(gè)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(guò)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(wèn)題的解決辦法，以及本文中提到的改進(jìn)建議。

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