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核電站DCS系統中調節閥的控制研究及改進
發布于：2019/8/26 9:13:32 點擊量：158
關于核電站DCS系統中調節閥如何控制，怎么改進等系列問題，今天杜伯拉閥門技術君給大家分享一篇論文：
0 引言
福清一期和方家山項目是中核集團旗下的中國核電工程有限公司第一批總承包的項目，并且采用的是全數字化DCS系統。該項目中DCS平臺是由英國INVENSYS公司的安全級TRICON系統、非安全級IA系統和法國ATOS公司的ADACS_N系統構成。
TRICON和IA構成了DCS的一層，即自動控制和保護層，負責電廠不同工藝監視系統的信號調制和處理。其中TRCON主要完成與安全相關的功能，如反應堆跳閘邏輯、專設安全設施驅動等；IA主要完成非安全相關的控制邏輯處理和信號傳輸；ADACS_N系統構成了DCS的二層，即操作和信息管理層.使操作員能夠操作電廠，并監督電廠狀態。
1 POT對象
方福項目中DCS系統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據鏈接機制，該項目中這兩個平臺的數據傳輸是基于FOXAPI協議。
基于FOXAPI通訊協議的一、二層數據傳輸是通過工程對象塊（PROJECTOBJECTTYPE，簡稱POT）來完成的，在項目中有很多種POT類型，如開關量（Binaryinput）、模擬量（Analoginput）、手動閥（Manualvalve）、電動閥（Blockvalve）、執行器（BinaryActuator），調節閥（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具體的特性分為幾種小類，各個類所需要的數據信息以及相應的操作命令是根據相應的系統邏輯圖模擬圖相關文件來配置定義的。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POT對象的配置來傳輸完成。
而調節閥在所有的過程對象中是比較復雜的控制對象。對于此類對象，一層往二層送的數據信息有調節器輸出值、調節器設定值、控制模式、全開、全關等信息。二層發往一層的命令有開、關、輸入設定值、增減、模式選擇等操作。而對調節閥的控制操作中，各個調節模式之間的無擾切換是比較容易出問題的環節。
2 調節閥的控制分析
調節閥的調節模式分為自動模式（包括了內給定模式、外給定模式）和手動模式。本文不再詳細介紹調節閥的基本控制原理，重點分析在方福項目中這幾種模式的原切換控制方案中的問題和改進后的切換控制方案。
2.1 自動模式切手動模式
1）原方案：原調節器的控制中，手動模式下的手動開度輸入值無法自動跟蹤調節器的輸出值。自動模式切為手動模式時，由于手動輸入值跟切換時調節器的輸出值不一致，可能會出現擾動現象；
2）解決方案：為了能夠達到無擾切換的目的，在調節器的輸出側增加了一個CALCA功能塊，詳見圖1：
圖1 改進后自動切手動功能圖
從圖中可以看出，RI01（調節器輸出）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（調節器輸出），所以閥門的控制信號沒有變化，只有當一層檢測到RI02手動模式下操作員的輸入信號發生了改變，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變為RI02，整個過程實現了無擾切換。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：原調節器的控制中，雖然原功能圖中由BCALCI/BCALCO引腳實現了跟蹤功能。但是由于手動切為自動模式時（ATOS設計中手動模式下外設定值不能進行修改），外設定值還得需要操作員手動輸入進行修改，這樣就會造成模式切換瞬間，調節器先向原設定值進行調節，在操作員輸入目標值后又向目標值調節，可能會存在擾動現象。
2）解決方案：為了達到無擾切換，在調節器輸入側增加了一個CALCA功能塊，詳見圖2：
圖2 改進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，外設定值跟蹤測量值，調節器的設定值同時送到二層進行顯示。這樣由于設定值和測量值是相等的，當從手動切換到自動模式時，切換瞬間調節器理論上會保持在原位，之后操作員可以手動輸入目標設定值，完成調節器的無擾切換。此方案也是在一層完成，對二層沒有任何修改。
2.2.2 手動模式切內給定模式
對于從手動模式到內給定模式的切換，目標值是不變的，這就意味著目標值在每次切換前就已經設置好了，加上圖中的BCALCI/BCALCO引腳能夠完成跟蹤功能，從手動切到內給定模式可以完成無擾切換。
3 問題及改進方法
雖然經過改進后的方案能完成各個模式之間的無擾切換，基本滿足了運行的要求，但還存在一些問題。
當對調節閥進行手動/自動模式或自動/手動模式切換時，需要在操作畫面上進行相應的SETPOINT或OUTPUT設定操作，而這種操作可以用兩種方式來實現。
一種是在相應的畫面輸入框中直接輸入需要設定的值。根據上一章內容的分析可以看出采用這種方式沒有任何問題，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，而是通過直接點擊操作面板上的增減按鈕對相應的值進行調整。而在Atos的二層對應的調節閥控制界面中，SETPOINT（自動調節的設定值）輸入框和OUTPUT（手動調節的輸出設定）輸入框的值在目前在切換過程中并沒有實時跟蹤調節器的測量值以及調節器的輸出。采用此種方式時，由于二層沒有跟蹤一層的相應值，二層的值還維持在原先的值，此時直接進行增減調整的話是以二層原先的值為基礎進行增減，這樣一層接受的值就是以二層原值基礎上的增減變化的值，也就可能帶來擾動甚至超調現象的情況。
為了避免這種情況發生，需要二層也能實時跟蹤調節器的值。即SETPOINT（自動調節的設定值）輸入框和OUTPUT（手動調節的輸出設定值）輸入框在非激活的情況下能夠作為一個readout來顯示跟蹤的調節器的相應值，這樣在調節器進行手動/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擔，影響實時性以及增加測試負責性等還待進一步研究。
4 結論
隨著方家山、福清項目的進展，在提出問題和解決問題的過程，DCS中包括調節閥在內的各個控制功能也在一步一步的完善，大大增加了系統運行的可靠性和經濟性。在后續新項目實施過程中，可以借鑒方福項目在調節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建議。
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