電廠數(shù)字量信號(hào)的采集及計(jì)算分析

摘要：本文分析了國(guó)內(nèi)某電廠DCS系統(tǒng)數(shù)字量信號(hào)的采集與計(jì)算過(guò)程，包括數(shù)據(jù)有效性判斷和輸出結(jié)果的選取，說(shuō)明了DCS數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和有效性，為DCS系統(tǒng)日常維護(hù)、缺陷處理、硬件開發(fā)提供數(shù)據(jù)參考，為后續(xù)電廠在數(shù)字化改進(jìn)方面提供借鑒。

關(guān)鍵詞：核電廠；DCS；數(shù)字量信號(hào)；數(shù)據(jù)采集

1.概述

目前電廠控制系統(tǒng)數(shù)字化是主要的發(fā)展方向，國(guó)內(nèi)新建核電項(xiàng)目都采用了數(shù)字化控制系統(tǒng)，主要的供應(yīng)商包括ABB、西門子、FOXBORO和阿?，mTXP等，無(wú)論哪種控制系統(tǒng)，都包括對(duì)于數(shù)字量和模擬量的計(jì)算與處理。

數(shù)字量是IA系統(tǒng)處理的主要數(shù)據(jù)變量，工藝運(yùn)行中的設(shè)備信號(hào)主要來(lái)自于溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、液位開關(guān)、以及DCS內(nèi)部軟件觸發(fā)的高低報(bào)警值、質(zhì)量位信號(hào)、失效信號(hào)、模塊離線信號(hào)等，其在IA內(nèi)部處理過(guò)程可分為：數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算以及計(jì)算輸出三個(gè)階段，每個(gè)階段通過(guò)IA內(nèi)部的軟件模塊銜接，形成數(shù)字量處理的閉環(huán)回路。

2.數(shù)據(jù)采集

CIN模塊接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的通斷信號(hào)，包括設(shè)備失電、狀態(tài)錯(cuò)誤等報(bào)警信號(hào)，以及液位高度、設(shè)備啟停等反饋信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為BOOL量信號(hào)，與其它開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算。同時(shí)CIN塊與軟件配置模塊ECB接口，在每一個(gè)執(zhí)行周期內(nèi)，將測(cè)量到的數(shù)字量進(jìn)行輸出，當(dāng)沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的FBM時(shí)，從連接到IN參數(shù)的模塊讀取信號(hào)，應(yīng)用軟件配置模塊ICC可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行取反、I/O壞點(diǎn)、狀態(tài)報(bào)警和手自動(dòng)切換等設(shè)置[1]。

CIN塊作為FBM和FBC內(nèi)部與數(shù)字觸點(diǎn)信號(hào)的接口，包括數(shù)字輸入和回讀功能，其現(xiàn)場(chǎng)總線模塊允許在沒(méi)有FBM和FBC連接的情況下，對(duì)CIN塊進(jìn)行選擇性配置，手動(dòng)模式可以在斷開現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程變量的情況下，在工作站對(duì)其輸出進(jìn)行手動(dòng)強(qiáng)制。

IA內(nèi)部的數(shù)字量采集硬件包括FBM207、FBM207b、FBM207C、FBM217、FBM219等，不同模塊的數(shù)據(jù)采集冗余度和數(shù)據(jù)處理裕度不同，分為8通道輸入（48V）、16通道輸入（48V）、32觸點(diǎn)信號(hào)輸入等。

以FBM207C為例，模塊在進(jìn)行數(shù)字量信號(hào)采集時(shí)需通過(guò)TA端子P0917MF/MH來(lái)完成。TA A/B端電纜向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供48V工作電壓，即FBM207C內(nèi)部有48V電壓輸出，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，反饋常開、常關(guān)等信號(hào)。其中FBM207C有A/B/C 3線端子，如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有獨(dú)立的工作電源，則端接B/A端子，如果采用DCS供電，則端接C/B端子，F(xiàn)BM模塊內(nèi)部有具體的信號(hào)采集電路。

電路中為了防止交流電壓干擾，通過(guò)變送器R和電容C組成了低頻選擇電路，屏蔽波動(dòng)電壓，維持電路中耦合器的正常工作狀態(tài)。具體網(wǎng)絡(luò)函數(shù)如下：

穩(wěn)壓二極管進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)，同時(shí)與電感L一起組成電弧抑制電路，當(dāng)電路中的電壓突然消失時(shí)，電磁能釋放的高壓被二極管吸收，通斷所產(chǎn)生電弧就被消除了[2]，需注意電路的電流設(shè)計(jì)值小于2.5 mA。

數(shù)據(jù)篩選：和模擬量信號(hào)一樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備的運(yùn)行情況，IA對(duì)測(cè)量值設(shè)置有效性判斷，如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備離線或者發(fā)生短路異常，則DCS會(huì)發(fā)出數(shù)據(jù)失效報(bào)警，系統(tǒng)保持上一次測(cè)得的有效值，模塊顯示紅色失效狀態(tài)，從IOM_ID可以判斷是哪個(gè)卡件哪個(gè)通道發(fā)生異常，以便工作人員處理。

3.邏輯運(yùn)算

算術(shù)運(yùn)算：布爾型的數(shù)據(jù)主要通過(guò)邏輯運(yùn)算完成，包括與（AND）、或（OR）、異或（XOR）等計(jì)算過(guò)程，不同類型變量輸入CALCA塊的不同引腳BIOX和RI0X，與其它同類型的引腳運(yùn)算完成后進(jìn)行輸出。變量按照程序指令循步計(jì)算，ICC組態(tài)里的DELT決定著輸入?yún)?shù)的取值精度和計(jì)算結(jié)果的輸出精度。

在ICC配置過(guò)程中，SAO為報(bào)警允許選項(xiàng)，SCOPT為報(bào)警轉(zhuǎn)換值清單，INVALM為報(bào)警狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)。在FBM發(fā)生硬件故障、模塊離線、IN鏈接的目標(biāo)塊狀態(tài)錯(cuò)誤時(shí)，CIN塊會(huì)變?yōu)榫G色，提示功能異常。

在手動(dòng)模式下，CIN的輸出值不會(huì)隨輸入值的變化而更新，取決于用戶手動(dòng)設(shè)置，盡管FBM處于在線狀態(tài)，并且IN值真實(shí)反映通道的物理狀態(tài)，但輸出值不受影響。

4.計(jì)算輸出

數(shù)字量數(shù)據(jù)通過(guò)COUT送往DCS 0層，用來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)閥的開關(guān)、泵的啟停、加熱器的得失電等工藝過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)具體的流量、液位、溫度等控制，可以通過(guò)ICC在線編輯COUT模塊的手自動(dòng)允許（MA）、采集周期（PHASE）、失效報(bào)警（BAO）、輸出通道（PNT_NO）等模塊參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)想要的控制效果[3]。

CIN塊每隔0.6 s進(jìn)行一次數(shù)據(jù)更新，接收現(xiàn)場(chǎng)的通斷信號(hào)輸入，在與其它BOOL量數(shù)據(jù)進(jìn)行特定運(yùn)算后，通過(guò)COUT輸出邏輯真值，用來(lái)執(zhí)行開關(guān)命令、設(shè)備保護(hù)等具體動(dòng)作，或者進(jìn)入不同系統(tǒng)的邏輯塊，參與狀態(tài)報(bào)警、信號(hào)閉鎖等運(yùn)算。

5.結(jié)論

IA作為全廠數(shù)字化控制系統(tǒng)的核心，為電廠穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)處理提供了可靠保障，其數(shù)據(jù)的采集、邏輯運(yùn)算及計(jì)算輸出等過(guò)程，充分證明了DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和可靠性，為檢修人員在故障診斷和軟件優(yōu)化方面提供了參考，也為后續(xù)DCS系統(tǒng)在軟件開發(fā)和硬件升級(jí)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]IOM，《Integrated Control Block Descriptions》，2009年，第591-592頁(yè)。

[2]上海?？怂共_有限公司，《I/A Series intelligent Automation Series》，2009年，第16-19頁(yè)。

[3]原子能出版社，《核電廠中級(jí)運(yùn)行》，2009年，第3-10頁(yè)。

作者簡(jiǎn)介：

馮志遠(yuǎn)，男，助理工程師，從事電廠儀表檢修及DCS維護(hù)。