電廠數字量信號的采集及計算分析

摘要：本文分析了國內某電廠DCS系統數字量信號的采集與計算過程，包括數據有效性判斷和輸出結果的選取，說明了DCS數據處理的準確性和有效性，為DCS系統日常維護、缺陷處理、硬件開發提供數據參考，為后續電廠在數字化改進方面提供借鑒。

關鍵詞：核電廠；DCS；數字量信號；數據采集

1.概述

目前電廠控制系統數字化是主要的發展方向，國內新建核電項目都采用了數字化控制系統，主要的供應商包括ABB、西門子、FOXBORO和阿海琺TXP等，無論哪種控制系統，都包括對于數字量和模擬量的計算與處理。

數字量是IA系統處理的主要數據變量，工藝運行中的設備信號主要來自于溫度開關、壓力開關、液位開關、以及DCS內部軟件觸發的高低報警值、質量位信號、失效信號、模塊離線信號等，其在IA內部處理過程可分為：數據采集、邏輯運算以及計算輸出三個階段，每個階段通過IA內部的軟件模塊銜接，形成數字量處理的閉環回路。

2.數據采集

CIN模塊接收來自現場的通斷信號，包括設備失電、狀態錯誤等報警信號，以及液位高度、設備啟停等反饋信號，并將其轉化為BOOL量信號，與其它開關量進行邏輯運算。同時CIN塊與軟件配置模塊ECB接口，在每一個執行周期內，將測量到的數字量進行輸出，當沒有設置相應的FBM時，從連接到IN參數的模塊讀取信號，應用軟件配置模塊ICC可以對信號進行取反、I/O壞點、狀態報警和手自動切換等設置[1]。

CIN塊作為FBM和FBC內部與數字觸點信號的接口，包括數字輸入和回讀功能，其現場總線模塊允許在沒有FBM和FBC連接的情況下，對CIN塊進行選擇性配置，手動模式可以在斷開現場過程變量的情況下，在工作站對其輸出進行手動強制。

IA內部的數字量采集硬件包括FBM207、FBM207b、FBM207C、FBM217、FBM219等，不同模塊的數據采集冗余度和數據處理裕度不同，分為8通道輸入（48V）、16通道輸入（48V）、32觸點信號輸入等。

以FBM207C為例，模塊在進行數字量信號采集時需通過TA端子P0917MF/MH來完成。TA A/B端電纜向現場設備提供48V工作電壓，即FBM207C內部有48V電壓輸出，現場設備根據運行狀態，反饋常開、常關等信號。其中FBM207C有A/B/C 3線端子，如果現場設備有獨立的工作電源，則端接B/A端子，如果采用DCS供電，則端接C/B端子，FBM模塊內部有具體的信號采集電路。

電路中為了防止交流電壓干擾，通過變送器R和電容C組成了低頻選擇電路，屏蔽波動電壓，維持電路中耦合器的正常工作狀態。具體網絡函數如下：

穩壓二極管進行過壓保護，同時與電感L一起組成電弧抑制電路，當電路中的電壓突然消失時，電磁能釋放的高壓被二極管吸收，通斷所產生電弧就被消除了[2]，需注意電路的電流設計值小于2.5 mA。

數據篩選：和模擬量信號一樣，根據現場工藝設備的運行情況，IA對測量值設置有效性判斷，如果現場設備離線或者發生短路異常，則DCS會發出數據失效報警，系統保持上一次測得的有效值，模塊顯示紅色失效狀態，從IOM_ID可以判斷是哪個卡件哪個通道發生異常，以便工作人員處理。

3.邏輯運算

算術運算：布爾型的數據主要通過邏輯運算完成，包括與（AND）、或（OR）、異或（XOR）等計算過程，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算完成后進行輸出。變量按照程序指令循步計算，ICC組態里的DELT決定著輸入參數的取值精度和計算結果的輸出精度。

在ICC配置過程中，SAO為報警允許選項，SCOPT為報警轉換值清單，INVALM為報警狀態監測參數。在FBM發生硬件故障、模塊離線、IN鏈接的目標塊狀態錯誤時，CIN塊會變為綠色，提示功能異常。

在手動模式下，CIN的輸出值不會隨輸入值的變化而更新，取決于用戶手動設置，盡管FBM處于在線狀態，并且IN值真實反映通道的物理狀態，但輸出值不受影響。

4.計算輸出

數字量數據通過COUT送往DCS 0層，用來控制現場氣動閥的開關、泵的啟停、加熱器的得失電等工藝過程，以實現具體的流量、液位、溫度等控制，可以通過ICC在線編輯COUT模塊的手自動允許（MA）、采集周期（PHASE）、失效報警（BAO）、輸出通道（PNT_NO）等模塊參數，以實現想要的控制效果[3]。

CIN塊每隔0.6 s進行一次數據更新，接收現場的通斷信號輸入，在與其它BOOL量數據進行特定運算后，通過COUT輸出邏輯真值，用來執行開關命令、設備保護等具體動作，或者進入不同系統的邏輯塊，參與狀態報警、信號閉鎖等運算。

5.結論

IA作為全廠數字化控制系統的核心，為電廠穩定運行和數據處理提供了可靠保障，其數據的采集、邏輯運算及計算輸出等過程，充分證明了DCS系統數據處理的準確性和可靠性，為檢修人員在故障診斷和軟件優化方面提供了參考，也為后續DCS系統在軟件開發和硬件升級提供借鑒。

參考文獻：

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

[2]上海福克斯波羅有限公司，《I/A Series intelligent Automation Series》，2009年，第16-19頁。

[3]原子能出版社，《核電廠中級運行》，2009年，第3-10頁。

作者簡介：

馮志遠，男，助理工程師，從事電廠儀表檢修及DCS維護。