秦一廠SPEC200改造DCS專用測試工具系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

柳 輝

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修一處，浙江 嘉興 314300）

0 引言

秦一廠主控室非1E 級過程控制系統(tǒng)（SPEC200）改造項(xiàng)目已在Q1-OT118 大修中實(shí)施，改造將原使用的SPEC200 電子模擬調(diào)節(jié)儀表升級為I/A 集散控制系統(tǒng)，IO數(shù)量約1700 點(diǎn)，涉及機(jī)柜57 臺，以三聯(lián)柜為一組單元，共19 組。SPEC200 采用工業(yè)級的電子元器件，將各種各樣功能的組件和部件構(gòu)成從常規(guī)到特殊的、簡單到復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用0V ～10V 直流電壓信號作為系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一信號[1]。此系統(tǒng)為電站一層儀控系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著眾多關(guān)鍵重要系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)功能，例如穩(wěn)壓器壓力、液位控制調(diào)節(jié)、主給水液位控制調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)，除氧器液位控制調(diào)節(jié)等系統(tǒng)。信號與主控盤臺、電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)等儀控、電氣系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，接口眾多。主控室整套非安全級過程控制系統(tǒng)改造在一廠首次實(shí)施，與之接口的主控盤臺、電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)均在同步改造。為了準(zhǔn)確無誤驗(yàn)證I/A 系統(tǒng)柜內(nèi)硬接線、邏輯功能及參數(shù)，需要開發(fā)一套測試工具，以便測試新系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)及功能。同時(shí)在新機(jī)柜就位后，能夠快速完成功能測試工作，縮短大修工期。

該調(diào)試裝置將電廠工藝模型通過集成電纜插頭，連接IA 系統(tǒng)TA 端子板，模擬現(xiàn)場實(shí)際設(shè)備，該方式可彌補(bǔ)常規(guī)調(diào)試無法形成閉環(huán)的特點(diǎn)，在電廠改造施工完成后，冷態(tài)調(diào)試、熱態(tài)調(diào)試以前，使用仿真的手段，充分驗(yàn)證DCS系統(tǒng)邏輯和調(diào)節(jié)性能[2]。

1 主要研制內(nèi)容

測試工具由4 部分組成：調(diào)試管理工作站、模型服務(wù)器、下位機(jī)數(shù)據(jù)采集處理工作站和分布式數(shù)據(jù)采集箱。

調(diào)試管理工作站：人機(jī)交互終端，測試人員在該工作站上對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行配置、監(jiān)控和控制。

模型服務(wù)器：秦一廠30 萬機(jī)組電廠仿真模型。

下位機(jī)數(shù)據(jù)采集處理工作站：實(shí)現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)輸入輸出硬件的控制。測試中承擔(dān)對機(jī)柜信號大通道的任務(wù)。

分布式數(shù)據(jù)采集箱：3 個(gè)采集箱通過以太網(wǎng)與下位機(jī)數(shù)據(jù)采集處理工作站連接，進(jìn)而將整個(gè)系統(tǒng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測。該采集箱可布置在檢測區(qū)間的任意地點(diǎn)，測試中承擔(dān)機(jī)柜邏輯組態(tài)測試任務(wù)。

4 個(gè)部分相互之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，其硬件框架圖如圖1 所示。

2 硬件方案

2.1 對點(diǎn)測試工具

對點(diǎn)測試工具硬件基于NI-cRIO 數(shù)據(jù)采集硬件平臺為主體，組成具有完整電氣結(jié)構(gòu)的硬件系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)的電流、電壓等信號，計(jì)算有功、無功、功率因數(shù)、頻率等指標(biāo)參數(shù)，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制提供參考依據(jù)；數(shù)據(jù)存儲：測試過程中，按照設(shè)定的保存條件，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于報(bào)表的生成和歷史數(shù)據(jù)的查詢。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)的功能，按設(shè)定的運(yùn)行數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求[3]。系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)框架Fig.1 System framework

圖2 調(diào)試工具硬件架構(gòu)圖Fig.2 Debug tool hardware architecture diagram

1）NI 9064 為cRIO 控制器機(jī)箱，安裝有NI Linux Real-Time 實(shí)時(shí)系統(tǒng)，安裝運(yùn)行軟件后實(shí)現(xiàn)完整的功能要求。

2） NI 9064 通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)Ethernet 通信。

3） NI 9064 通過RS232 串行接口實(shí)現(xiàn)與顯示屏的通信，顯示整個(gè)設(shè)備的狀態(tài)信息。

4）NI 9064 通過EtherCAT 擴(kuò)展連接兩個(gè)NI 9145 機(jī)箱，安裝數(shù)據(jù)采集模塊滿足采集通道數(shù)量要求。

圖3 測試工具試驗(yàn)示意圖Fig.3 Test tool test schematic

圖4 穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)測試曲線Fig.4 Regulator pressure adjustment system test

NI 9208：電流輸入模塊，每個(gè)模塊16 通道，4 個(gè)模塊共64 通道。

NI 9266：電流輸出模塊，每個(gè)模塊8 通道，6 個(gè)模塊共48 通道。

NI 9425：數(shù)字輸入模塊，每個(gè)模塊32 通道，3 個(gè)模塊共96 通道。

因現(xiàn)場調(diào)試空間狹小，對點(diǎn)測試工具設(shè)計(jì)為半高機(jī)柜，下部安裝滾輪便于移動。

為增強(qiáng)調(diào)試系統(tǒng)在現(xiàn)場使用時(shí)連線的便捷性，為對點(diǎn)測試工具與被測機(jī)柜之間的連接設(shè)計(jì)了兩種不同的接線方式：

◇ 常規(guī)的端子連接。

◇ 兼容IA 系統(tǒng)IO 采集模塊的調(diào)理單元TA 直接與下位機(jī)機(jī)柜通過DSUB 插頭連接方式，即通過拔掉IA 系統(tǒng)中TA 的DSUB 插頭連接至下位機(jī)機(jī)柜對應(yīng)的接口即可連接整個(gè)TA 的信號。

信號可在兩種接線方式中切換，切換的最小單元為各類不同調(diào)理單元TA 的通道數(shù)。

2.2 分布式邏輯測試工具

分布式邏輯測試工具共3 臺，采用NI-SbRIO 數(shù)據(jù)采集硬件平臺為主體，軟件部分是基于NI Labview 編程環(huán)境，結(jié)合NI Linux Real-Time 實(shí)時(shí)系統(tǒng)平臺，驅(qū)動NI-SbRIO 數(shù)據(jù)采集硬件平臺實(shí)現(xiàn)完整功能要求[3]。每臺包含14CH 數(shù)字輸入，14CH 數(shù)字輸出，8CH 模擬輸入，4CH 模擬輸出，其信號類型同對點(diǎn)測試工具。使用端子作為信號的接口。

箱體后部狀態(tài)顯示器，網(wǎng)絡(luò)接口，電源開關(guān)等。

箱體前部提供各種信號的連接。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

2018 年6 月，項(xiàng)目組技術(shù)人員對秦一廠30 萬機(jī)組一層邏輯組態(tài)進(jìn)行了功能動態(tài)測試。測試過程按照秦一廠主控室過程控制系統(tǒng)改造變更調(diào)試規(guī)程執(zhí)行，完成了下列調(diào)節(jié)系統(tǒng)邏輯功能驗(yàn)證的工作：穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)測試、穩(wěn)壓器液位調(diào)節(jié)測試、蒸汽發(fā)生器A/B 液位調(diào)節(jié)測試、功率調(diào)節(jié)測試、軸向功率偏差報(bào)警測試、除氧器液位調(diào)節(jié)測試。接下來主要就穩(wěn)壓器壓力及蒸汽發(fā)生器液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的測試情況做簡單介紹。

3.1 穩(wěn)壓器壓力調(diào)節(jié)測試

滿工況下進(jìn)行以下測試：

1） 手動投4 組備加，使穩(wěn)壓器壓力上升到15.4MPa后備加投自動。

2）手動投4 組備加，使穩(wěn)壓器壓力上升到15.3MPa 后備加投自動，手動全開兩個(gè)比例噴淋閥。

◇ PT0104_1_AI 穩(wěn)壓器壓力。

◇ V01_04A_D_AO 比例噴淋閥V01_04A 開度。

◇ V01_04B_D_AO 比例噴淋閥V01_04B 開度。

◇ RW1_D_AO 比例加熱器1 開度。

3.2 蒸汽發(fā)生器A液位調(diào)節(jié)測試

首次測試過程中，系統(tǒng)一直無法達(dá)到穩(wěn)態(tài)（見圖6），經(jīng)檢查調(diào)節(jié)器積分時(shí)間設(shè)置錯(cuò)誤，根據(jù)設(shè)計(jì)資料修改定值后達(dá)到穩(wěn)態(tài)后繼續(xù)下列測試。

滿工況下進(jìn)行以下測試：

1） 蒸汽流量加±5%偏差。

2） 主調(diào)修改程序水位（±5%）。

3）甩負(fù)荷。

◇ LT0107_1_2_AI 蒸汽發(fā)生器A 液位。

◇ FT0107_1_2_AI 環(huán)路I 主蒸汽管蒸汽流量。

◇ PT_SEL_1_AI 汽輪機(jī)第一級壓力次高選值。

◇ FT4505A_2_AI 主給水流量。

◇ PRA2_AI 核功率信號。

◇ ZGS_03V_D_AO 主給水調(diào)節(jié)閥ZGS_03V 開度。

圖5 積分時(shí)間修改前測試曲線Fig.5 The test curve before the integral time is modified

圖6 模擬甩負(fù)荷蒸汽發(fā)生器A液位調(diào)節(jié)測試曲線Fig.6 Simulated dumping steam generator A level adjustment test curve

從上面應(yīng)用情況可以發(fā)現(xiàn)，通過專用測試工具可以近似取代現(xiàn)場設(shè)備，反應(yīng)真實(shí)物理現(xiàn)象，形成閉環(huán)調(diào)節(jié)。并通過該測試提前發(fā)現(xiàn)少數(shù)DCS 系統(tǒng)一層組態(tài)邏輯、PID 參數(shù)及硬接線錯(cuò)誤，而這種錯(cuò)誤通過常規(guī)調(diào)試方式不容易察覺。這些應(yīng)用情況證實(shí)了通過電廠模型配合硬件向DCS 注入仿真信號的調(diào)試方式可以大大降低一些潛在的調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)，可以縮短核電的DCS 調(diào)試工期，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

針對某些復(fù)雜的電廠調(diào)節(jié)系統(tǒng)，傳統(tǒng)手動注入信號的方式無法做到閉環(huán)調(diào)節(jié)，只能在真正帶設(shè)備調(diào)試中驗(yàn)證。而秦一廠SPEC200 改造DCS 專用測試工具為這些系統(tǒng)的調(diào)試提供了一種新的測試方法，可在DCS 系統(tǒng)不帶設(shè)備調(diào)試前較充分地驗(yàn)證一層組態(tài)邏輯、參數(shù)及柜內(nèi)硬接線，降低錯(cuò)誤率，達(dá)到預(yù)期效果。

同時(shí)在設(shè)備使用過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如裝置設(shè)計(jì)過程中，參考了傳統(tǒng)DCS 系統(tǒng)數(shù)字量多于模擬量的特點(diǎn)，布置了大量數(shù)字信號，模擬信號較少，而實(shí)際使用過程中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)更多的信號為模擬信號，導(dǎo)致信號浪費(fèi)。在將來的設(shè)計(jì)中可吸取經(jīng)驗(yàn)，使得該工具體積、重量更小，更便于現(xiàn)場使用。