核電站DCS系統中多重命令塊的研究及改進
2014-06-28 20:10:23白江斌費凡
科技視界 2014年11期
白江斌 費凡
【摘 要】隨著數字化技術的飛速發展，DCS系統（分散控制系統）因其具有模擬量控制系統無法比擬的優越性，其在核電站中的應用越來越廣泛。目前國內在建的百萬千瓦級核電站儀控系統都是采用的全數字化DCS系統。而多重控制模塊在DCS系統中屬于比較特殊的操作模塊，本文以中核集團承建的福清、方家山項目為背景，重點介紹了DCS中多重控制模塊的控制方案，同時也提出了方案中存在的突出問題及其改進建議。
【關鍵詞】核電站；DCS；POT；多重命令塊
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（PROJECT OBJECT TYPE，簡稱POT）來完成的，在項目中有很多種POT類型，如開關量（Binary input）、模擬量（Analog input）、手動閥（Manual valve）、電動閥（Block valve）、執行器（Binary Actuator），調節閥（Loop control valve）、電磁閥（Solenoid valve）、切換器（Selector）、 多重命令塊（Multi equipment commands）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。
而多重命令對象在所有的過程對象中是比較特殊的操作對象。下一個章節將詳細介紹該對象塊的具體操作過程。
2 多重命令塊的控制分析
2.1 多重命令塊的基本操作分析
多重命令塊的基本功能是用于一個命令可以同時對多個設備進行控制時所需要的操作對象。如核電站ETY系統中的007KG，就是用于對同時控制ETY006VA和ETY008VA：
而之所以該功能塊可以用于對多個設備同時進行控制，是因為該功能塊的操作面板不受設備反饋的限制，詳見如圖1所示的該功能塊的信號傳輸機理：
圖1 多重命令塊信號傳輸機理
從圖中可以看出對于該對象，二層只接受了從一層來的確認信號，而沒有從0層接受任何反饋信號，這樣多重命令塊的操作面板上的操作按鈕是不像其他操作對象的操作面板上的操作按鈕一樣會被閉鎖，比如對于其他操作塊的操作面板，當相應的設備在關狀態下，操作面板上的關按鈕是被閉鎖的。
這是因為該命令塊是用于同時對多個設備進行操作，比如開命令發出后，被控制的多個設備中的其中一個由于故障沒有打開，當故障排除后，需要再次進行開操作將該設備打開。這時如果這個命令塊上的開操作由于其他被控制的設備已經處于開狀態而被閉鎖掉，則這個后來出現故障又把故障排除的設備就無法直接打開，只有在操作塊上進行關操作把所有被控制的設備都關閉后，操作面板上的開操作才能被激活后進行操作。顯然這樣是不合理的，所以多重命令塊的控制機理是不受0層反饋信號的限制而可以任意操作，這也為該命令塊的引申功能做好了鋪墊。
2.2 多重命令塊的引申功能
鑒于該命令塊可以不受從0層的反饋閉鎖操作面板上的操作按鈕，所以該功能塊也用于一些有特殊要求的操作。如REA001PO或REA002PO的邏輯操作。
當在REA001/002PO的操作面板上對這兩個泵進行停操作，且該泵被停掉后，該設備相應的操作面板上的停按鈕就會變灰，此時停操作就被閉鎖了，只有通過進行啟操作并且把泵啟動后才能重新激活停操作。
但是通過分析REA001/002PO的控制邏輯可以看出，當對該設備進行完停操作后，由于從二層往一層下發的命令是瞬時命令，所以在邏輯中形成一個自保持邏輯（詳見圖2中云線部分），這個保持回路會送一個停指令到REA001/002PO，而由于對于泵的控制中停指令是優先于啟指令的，所以要想啟動該泵，必須把該保持回路的停指令給清除掉。從圖中的邏輯可以出清除該保持回路的唯一方法點擊該設備操作面板上的停操作，而通過上邊的分析我們已經得知在泵停的狀態下，操作面板上的停操作是被閉鎖的。所以如果按照原設計的話，該泵在停了以后將無法再啟動。
圖2 REA001PO控制邏輯
這樣的問題可以通過使用多重命令塊來解決，因為多重命令塊的操作面板是不受0層設備反饋限制的，不會因為設備是關或者開的狀態而不能進行想要的操作。REA001PO這個問題可以在畫面上增加一個KG（多重命令塊），并把該KG布置在REA001PO的旁邊，以提示該泵的操作是通過該KG來實現，這樣就徹底解決了該問題。
3 問題及建議改進方法
3.1 存在的問題
雖然像REA補水泵這樣類似的特殊邏輯可以通過使用多重命令塊的方案來解決，基本滿足了運行的要求，但還存在一些問題。
首先，增加的多重命令塊意味著在畫面上增加了一個對象，會增加畫面的擁擠度，而各個系統，尤其是一回路以及一回路輔助系統的重要畫面已經比較擁擠，如果再增加對象，不利于操作員對于電廠的監視和操作。
再者，對于多重命令塊的操作面板，當操作員對該面板進行操作后，由于沒有0層反饋等信號對于該面板上的閉鎖，所以當操作員在多重命令塊的操作面板進行開或關的操作后，看不出是否在操作面板上進行過操作，這樣可能會造成使操作員多次點擊該操作面板的開關命令，造成不可預知的后果。
3.2 建議改進方法
首先針對可能會增加畫面擁擠度的問題，建議的改進方法為是可以使用被操對象的原圖標，但當點擊該被控對象的圖標時，彈出的操作面板是多重命令的面板而不是被控對象的面板，也就是說讓其他對象類型的圖標對應多重命令塊的操作面板。在方福項目中由于DCS平臺的局限性和商務等因素，這點無法實現。希望在新項目中DCS供貨商可以實現該功能。這樣既可以避免增加畫面上的對象個數，也可以完成一些特殊的邏輯。
而對于在多重命令控制塊上的操作面板上無法判斷是否進行過操作的問題，建議的改進方法是每一次新打開這個操作面板并進行過操作的按鈕上加一個綠色的外框，這樣不但不閉鎖相應的操作，還能有效提示操作員已經進行過該操作，幫助操作員判斷當前的設備狀態等信息。
4 結束語
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中包括多重命令塊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多重命令塊等控制中遇到問題的解決辦法，以及本文中提到的改進建議。
[責任編輯：湯靜]
【摘 要】隨著數字化技術的飛速發展，DCS系統（分散控制系統）因其具有模擬量控制系統無法比擬的優越性，其在核電站中的應用越來越廣泛。目前國內在建的百萬千瓦級核電站儀控系統都是采用的全數字化DCS系統。而多重控制模塊在DCS系統中屬于比較特殊的操作模塊，本文以中核集團承建的福清、方家山項目為背景，重點介紹了DCS中多重控制模塊的控制方案，同時也提出了方案中存在的突出問題及其改進建議。
【關鍵詞】核電站；DCS；POT；多重命令塊
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（PROJECT OBJECT TYPE，簡稱POT）來完成的，在項目中有很多種POT類型，如開關量（Binary input）、模擬量（Analog input）、手動閥（Manual valve）、電動閥（Block valve）、執行器（Binary Actuator），調節閥（Loop control valve）、電磁閥（Solenoid valve）、切換器（Selector）、 多重命令塊（Multi equipment commands）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。
而多重命令對象在所有的過程對象中是比較特殊的操作對象。下一個章節將詳細介紹該對象塊的具體操作過程。
2 多重命令塊的控制分析
2.1 多重命令塊的基本操作分析
多重命令塊的基本功能是用于一個命令可以同時對多個設備進行控制時所需要的操作對象。如核電站ETY系統中的007KG，就是用于對同時控制ETY006VA和ETY008VA：
而之所以該功能塊可以用于對多個設備同時進行控制，是因為該功能塊的操作面板不受設備反饋的限制，詳見如圖1所示的該功能塊的信號傳輸機理：
圖1 多重命令塊信號傳輸機理
從圖中可以看出對于該對象，二層只接受了從一層來的確認信號，而沒有從0層接受任何反饋信號，這樣多重命令塊的操作面板上的操作按鈕是不像其他操作對象的操作面板上的操作按鈕一樣會被閉鎖，比如對于其他操作塊的操作面板，當相應的設備在關狀態下，操作面板上的關按鈕是被閉鎖的。
這是因為該命令塊是用于同時對多個設備進行操作，比如開命令發出后，被控制的多個設備中的其中一個由于故障沒有打開，當故障排除后，需要再次進行開操作將該設備打開。這時如果這個命令塊上的開操作由于其他被控制的設備已經處于開狀態而被閉鎖掉，則這個后來出現故障又把故障排除的設備就無法直接打開，只有在操作塊上進行關操作把所有被控制的設備都關閉后，操作面板上的開操作才能被激活后進行操作。顯然這樣是不合理的，所以多重命令塊的控制機理是不受0層反饋信號的限制而可以任意操作，這也為該命令塊的引申功能做好了鋪墊。
2.2 多重命令塊的引申功能
鑒于該命令塊可以不受從0層的反饋閉鎖操作面板上的操作按鈕，所以該功能塊也用于一些有特殊要求的操作。如REA001PO或REA002PO的邏輯操作。
當在REA001/002PO的操作面板上對這兩個泵進行停操作，且該泵被停掉后，該設備相應的操作面板上的停按鈕就會變灰，此時停操作就被閉鎖了，只有通過進行啟操作并且把泵啟動后才能重新激活停操作。
但是通過分析REA001/002PO的控制邏輯可以看出，當對該設備進行完停操作后，由于從二層往一層下發的命令是瞬時命令，所以在邏輯中形成一個自保持邏輯（詳見圖2中云線部分），這個保持回路會送一個停指令到REA001/002PO，而由于對于泵的控制中停指令是優先于啟指令的，所以要想啟動該泵，必須把該保持回路的停指令給清除掉。從圖中的邏輯可以出清除該保持回路的唯一方法點擊該設備操作面板上的停操作，而通過上邊的分析我們已經得知在泵停的狀態下，操作面板上的停操作是被閉鎖的。所以如果按照原設計的話，該泵在停了以后將無法再啟動。
圖2 REA001PO控制邏輯
這樣的問題可以通過使用多重命令塊來解決，因為多重命令塊的操作面板是不受0層設備反饋限制的，不會因為設備是關或者開的狀態而不能進行想要的操作。REA001PO這個問題可以在畫面上增加一個KG（多重命令塊），并把該KG布置在REA001PO的旁邊，以提示該泵的操作是通過該KG來實現，這樣就徹底解決了該問題。
3 問題及建議改進方法
3.1 存在的問題
雖然像REA補水泵這樣類似的特殊邏輯可以通過使用多重命令塊的方案來解決，基本滿足了運行的要求，但還存在一些問題。
首先，增加的多重命令塊意味著在畫面上增加了一個對象，會增加畫面的擁擠度，而各個系統，尤其是一回路以及一回路輔助系統的重要畫面已經比較擁擠，如果再增加對象，不利于操作員對于電廠的監視和操作。
再者，對于多重命令塊的操作面板，當操作員對該面板進行操作后，由于沒有0層反饋等信號對于該面板上的閉鎖，所以當操作員在多重命令塊的操作面板進行開或關的操作后，看不出是否在操作面板上進行過操作，這樣可能會造成使操作員多次點擊該操作面板的開關命令，造成不可預知的后果。
3.2 建議改進方法
首先針對可能會增加畫面擁擠度的問題，建議的改進方法為是可以使用被操對象的原圖標，但當點擊該被控對象的圖標時，彈出的操作面板是多重命令的面板而不是被控對象的面板，也就是說讓其他對象類型的圖標對應多重命令塊的操作面板。在方福項目中由于DCS平臺的局限性和商務等因素，這點無法實現。希望在新項目中DCS供貨商可以實現該功能。這樣既可以避免增加畫面上的對象個數，也可以完成一些特殊的邏輯。
而對于在多重命令控制塊上的操作面板上無法判斷是否進行過操作的問題，建議的改進方法是每一次新打開這個操作面板并進行過操作的按鈕上加一個綠色的外框，這樣不但不閉鎖相應的操作，還能有效提示操作員已經進行過該操作，幫助操作員判斷當前的設備狀態等信息。
4 結束語
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中包括多重命令塊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多重命令塊等控制中遇到問題的解決辦法，以及本文中提到的改進建議。
[責任編輯：湯靜]
【摘 要】隨著數字化技術的飛速發展，DCS系統（分散控制系統）因其具有模擬量控制系統無法比擬的優越性，其在核電站中的應用越來越廣泛。目前國內在建的百萬千瓦級核電站儀控系統都是采用的全數字化DCS系統。而多重控制模塊在DCS系統中屬于比較特殊的操作模塊，本文以中核集團承建的福清、方家山項目為背景，重點介紹了DCS中多重控制模塊的控制方案，同時也提出了方案中存在的突出問題及其改進建議。
【關鍵詞】核電站；DCS；POT；多重命令塊
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（PROJECT OBJECT TYPE，簡稱POT）來完成的，在項目中有很多種POT類型，如開關量（Binary input）、模擬量（Analog input）、手動閥（Manual valve）、電動閥（Block valve）、執行器（Binary Actuator），調節閥（Loop control valve）、電磁閥（Solenoid valve）、切換器（Selector）、 多重命令塊（Multi equipment commands）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。
而多重命令對象在所有的過程對象中是比較特殊的操作對象。下一個章節將詳細介紹該對象塊的具體操作過程。
2 多重命令塊的控制分析
2.1 多重命令塊的基本操作分析
多重命令塊的基本功能是用于一個命令可以同時對多個設備進行控制時所需要的操作對象。如核電站ETY系統中的007KG，就是用于對同時控制ETY006VA和ETY008VA：
而之所以該功能塊可以用于對多個設備同時進行控制，是因為該功能塊的操作面板不受設備反饋的限制，詳見如圖1所示的該功能塊的信號傳輸機理：
圖1 多重命令塊信號傳輸機理
從圖中可以看出對于該對象，二層只接受了從一層來的確認信號，而沒有從0層接受任何反饋信號，這樣多重命令塊的操作面板上的操作按鈕是不像其他操作對象的操作面板上的操作按鈕一樣會被閉鎖，比如對于其他操作塊的操作面板，當相應的設備在關狀態下，操作面板上的關按鈕是被閉鎖的。
這是因為該命令塊是用于同時對多個設備進行操作，比如開命令發出后，被控制的多個設備中的其中一個由于故障沒有打開，當故障排除后，需要再次進行開操作將該設備打開。這時如果這個命令塊上的開操作由于其他被控制的設備已經處于開狀態而被閉鎖掉，則這個后來出現故障又把故障排除的設備就無法直接打開，只有在操作塊上進行關操作把所有被控制的設備都關閉后，操作面板上的開操作才能被激活后進行操作。顯然這樣是不合理的，所以多重命令塊的控制機理是不受0層反饋信號的限制而可以任意操作，這也為該命令塊的引申功能做好了鋪墊。
2.2 多重命令塊的引申功能
鑒于該命令塊可以不受從0層的反饋閉鎖操作面板上的操作按鈕，所以該功能塊也用于一些有特殊要求的操作。如REA001PO或REA002PO的邏輯操作。
當在REA001/002PO的操作面板上對這兩個泵進行停操作，且該泵被停掉后，該設備相應的操作面板上的停按鈕就會變灰，此時停操作就被閉鎖了，只有通過進行啟操作并且把泵啟動后才能重新激活停操作。
但是通過分析REA001/002PO的控制邏輯可以看出，當對該設備進行完停操作后，由于從二層往一層下發的命令是瞬時命令，所以在邏輯中形成一個自保持邏輯（詳見圖2中云線部分），這個保持回路會送一個停指令到REA001/002PO，而由于對于泵的控制中停指令是優先于啟指令的，所以要想啟動該泵，必須把該保持回路的停指令給清除掉。從圖中的邏輯可以出清除該保持回路的唯一方法點擊該設備操作面板上的停操作，而通過上邊的分析我們已經得知在泵停的狀態下，操作面板上的停操作是被閉鎖的。所以如果按照原設計的話，該泵在停了以后將無法再啟動。
圖2 REA001PO控制邏輯
這樣的問題可以通過使用多重命令塊來解決，因為多重命令塊的操作面板是不受0層設備反饋限制的，不會因為設備是關或者開的狀態而不能進行想要的操作。REA001PO這個問題可以在畫面上增加一個KG（多重命令塊），并把該KG布置在REA001PO的旁邊，以提示該泵的操作是通過該KG來實現，這樣就徹底解決了該問題。
3 問題及建議改進方法
3.1 存在的問題
雖然像REA補水泵這樣類似的特殊邏輯可以通過使用多重命令塊的方案來解決，基本滿足了運行的要求，但還存在一些問題。
首先，增加的多重命令塊意味著在畫面上增加了一個對象，會增加畫面的擁擠度，而各個系統，尤其是一回路以及一回路輔助系統的重要畫面已經比較擁擠，如果再增加對象，不利于操作員對于電廠的監視和操作。
再者，對于多重命令塊的操作面板，當操作員對該面板進行操作后，由于沒有0層反饋等信號對于該面板上的閉鎖，所以當操作員在多重命令塊的操作面板進行開或關的操作后，看不出是否在操作面板上進行過操作，這樣可能會造成使操作員多次點擊該操作面板的開關命令，造成不可預知的后果。
3.2 建議改進方法
首先針對可能會增加畫面擁擠度的問題，建議的改進方法為是可以使用被操對象的原圖標，但當點擊該被控對象的圖標時，彈出的操作面板是多重命令的面板而不是被控對象的面板，也就是說讓其他對象類型的圖標對應多重命令塊的操作面板。在方福項目中由于DCS平臺的局限性和商務等因素，這點無法實現。希望在新項目中DCS供貨商可以實現該功能。這樣既可以避免增加畫面上的對象個數，也可以完成一些特殊的邏輯。
而對于在多重命令控制塊上的操作面板上無法判斷是否進行過操作的問題，建議的改進方法是每一次新打開這個操作面板并進行過操作的按鈕上加一個綠色的外框，這樣不但不閉鎖相應的操作，還能有效提示操作員已經進行過該操作，幫助操作員判斷當前的設備狀態等信息。
4 結束語
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中包括多重命令塊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多重命令塊等控制中遇到問題的解決辦法，以及本文中提到的改進建議。
[責任編輯：湯靜]
