核電廠數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

袁賀飛

摘要：我國(guó)在電氣自動(dòng)化設(shè)備研究方面的能力比較薄弱，而核安全級(jí)數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)是1E級(jí)的電氣設(shè)備，它的安全性、可靠性以及設(shè)計(jì)的合理性都需要通過(guò)設(shè)備鑒定的嚴(yán)格檢驗(yàn)。但是按照我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展水平，仍然還未達(dá)到形成完整的設(shè)備鑒定體系的高度，國(guó)內(nèi)大部分正在使用的數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)都是從國(guó)外進(jìn)口的，這就要求技術(shù)工作者對(duì)國(guó)外較成熟的核安全級(jí)數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行深入調(diào)查和研究。

關(guān)鍵詞：核電廠;數(shù)字化儀表;控制系統(tǒng);應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM623文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

伴隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷提高，使得核電廠的建設(shè)工作也在不斷的發(fā)展和進(jìn)步，正因?yàn)槿绱?，使得核電廠的應(yīng)用力度也有了很大的提高。伴隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，自動(dòng)化和數(shù)字化技術(shù)在很多行業(yè)都逐漸發(fā)揮出越來(lái)越大的作用，尤其是在核電行業(yè)，相關(guān)的工作人員正在嘗試對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行應(yīng)用，并且將此項(xiàng)工作納入到核電行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)工作內(nèi)容。當(dāng)今時(shí)代，核電行業(yè)正在朝著開(kāi)發(fā)、開(kāi)發(fā)、管理和應(yīng)用一體化的趨勢(shì)發(fā)展，從而使得相關(guān)參數(shù)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性成為了保證一切工作的因素，如此才能夠從根本上提高工作的效率和質(zhì)量。不僅如此，在當(dāng)今時(shí)代，如果核電廠開(kāi)發(fā)工作不能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化，還會(huì)增加工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。從總體的角度來(lái)講，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化核電廠已經(jīng)成為了核電行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1核電廠數(shù)字化概念和意義

1.1數(shù)字化概念

數(shù)字化技術(shù)在不斷的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中得到了很大的發(fā)展，其實(shí)質(zhì)是把各類(lèi)復(fù)雜多變的信號(hào)轉(zhuǎn)變成為數(shù)字和數(shù)據(jù)，從而能夠以此為依據(jù)，建立相應(yīng)的模型，接著在完成向二進(jìn)制代碼的轉(zhuǎn)變，將結(jié)果導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行處理。這一過(guò)程通常是以數(shù)字化作為基礎(chǔ)，以數(shù)字和數(shù)據(jù)作為依據(jù)，具有較強(qiáng)的繼承性和系統(tǒng)性，并且智能化程度較高。要想全面實(shí)現(xiàn)這一功能，需要應(yīng)用多項(xiàng)技術(shù)。其中包括：視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)的共享和交換技術(shù)，將各類(lèi)不同的技術(shù)進(jìn)行集成與整合，從而達(dá)到精準(zhǔn)控制和準(zhǔn)確判斷，進(jìn)一步提高我國(guó)核電廠工作的效率和質(zhì)量。

1.2核電廠的數(shù)據(jù)化建設(shè)意義

從目前的情況來(lái)看，我國(guó)核電廠數(shù)字化的建設(shè)工作正在開(kāi)展和進(jìn)行當(dāng)中，并且其自動(dòng)化的水平也在逐漸的提高。在核電廠的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中對(duì)系統(tǒng)化和智能化程度的儀器和設(shè)備進(jìn)行了有效的利用，從而使得核電廠當(dāng)中的處理站、中轉(zhuǎn)站以及油水井和計(jì)量站等重要設(shè)施和節(jié)點(diǎn)都能夠?yàn)橄到y(tǒng)提高準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，最大程度的保證了現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)生產(chǎn)參數(shù)始終具有高度的準(zhǔn)確性，這些數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)之后，便于工作人員對(duì)核電廠的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，提高了核電廠生產(chǎn)的安全性，并且能夠在很大程度上降低工作人員的勞動(dòng)量。

2核電廠數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1充分利用交流變頻技術(shù)

在核電工業(yè)的生產(chǎn)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)中，為滿足控制離心泵出口流量的需求，所使用的調(diào)節(jié)器需要根據(jù)工況設(shè)定最佳PID值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，進(jìn)而對(duì)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度流量起到相應(yīng)的控制效果。但需要注意的是，這種在規(guī)律下進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的調(diào)節(jié)方案是存在一定缺陷的。主要表現(xiàn)如下：節(jié)能性較差，這種以變阻力元件為主要元配件進(jìn)行工作調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器，其本身存在一定能量損耗;經(jīng)濟(jì)性較小，因?yàn)殡x心泵的出口側(cè)面設(shè)有截止閥，用以配合調(diào)節(jié)閥的正常運(yùn)行，這就限制了泵的選擇，要求所選用的離心泵必須要具備較大的額定功率，以滿足負(fù)荷不斷變化的動(dòng)力需求，同時(shí)也不利于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方案。

在電子科技的推動(dòng)下，所研發(fā)的變頻節(jié)能調(diào)速器廣泛用于各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。這是因?yàn)樽冾l調(diào)速器具有很好的節(jié)能效果，且更加經(jīng)濟(jì)方便，極大地提高設(shè)備的運(yùn)行效率。而用于工業(yè)化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的調(diào)速器，同樣可以充分利用高性能的變頻技術(shù)來(lái)完善其調(diào)節(jié)方案，即利用變頻調(diào)速器來(lái)控制泵的出口流量。使用交流變頻調(diào)速器呈現(xiàn)下述優(yōu)越性：安裝方式具有非接觸、無(wú)阻力的特點(diǎn);由于對(duì)泵轉(zhuǎn)速直接進(jìn)行控制，進(jìn)而更容易有效控制流量;采用大范圍無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)節(jié)效果會(huì)更好，省去調(diào)節(jié)閥等一系列環(huán)節(jié)。按照原則選用機(jī)泵以及調(diào)節(jié)閥上的壓降，通過(guò)變頻控制器共同組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)，提高整體效率，這種方式預(yù)計(jì)能夠減少電能消耗約百分之三十;而對(duì)于那些原有機(jī)泵選擇過(guò)盈量太多，或者機(jī)泵在生產(chǎn)時(shí)低負(fù)荷運(yùn)行的，節(jié)能效果相對(duì)而言更佳顯著。

2.2DCS控制系統(tǒng)功能

從總體的角度來(lái)講，DCS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能。首先可以實(shí)現(xiàn)核電廠開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中對(duì)各個(gè)流程工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬，從而使得整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程具有較高的時(shí)效性，給管理人員的工作帶來(lái)了很大的便利。另外還可以對(duì)開(kāi)發(fā)場(chǎng)地所有的數(shù)據(jù)自行采集和存儲(chǔ)，并以圖形的方式直觀的向工作人員展現(xiàn)變化趨勢(shì)。DCS系統(tǒng)還能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行設(shè)置，從而能夠?qū)崿F(xiàn)班、日、月以及年報(bào)的自行輸出打印，便于工作人員對(duì)相關(guān)材料的管理和歸檔。除了上述的功能之外，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)向工作人員發(fā)出警報(bào)，然后自動(dòng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行匯總、存儲(chǔ)和輸出。最后，該系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的用戶有針對(duì)性的設(shè)置權(quán)限，不同的崗位可以對(duì)不同的功能進(jìn)行操作。

2.3中央控制室與系統(tǒng)子站相連接

（1）中央控制室。對(duì)于核電廠的開(kāi)發(fā)工作，可以利用DCS系統(tǒng)子站將通信路線與中央控制室連接，同時(shí)在中央控制室中獲取DCS子站的數(shù)據(jù)信息、環(huán)節(jié)與自動(dòng)化儀表的檢驗(yàn)圖示，通過(guò)整理與分析生成數(shù)據(jù)系統(tǒng)，便于在DCS運(yùn)行期間自主的對(duì)核電廠系統(tǒng)加以操作。此外，中央控制室的工作人員能夠?qū)ο胍粋€(gè)階段的DCS子站系統(tǒng)進(jìn)行在線或者離開(kāi)狀態(tài)的修改，提高中央控制室工作人員的管理水平，制定規(guī)范的決策制定進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)核電數(shù)據(jù)與人員的科學(xué)化管理，更好的構(gòu)建動(dòng)態(tài)獲取信息模型[3]。（2）DCS體系作用。將自動(dòng)化儀表應(yīng)用在數(shù)字化核電廠建設(shè)中，也就是將DCS體系的作用充分利用過(guò)程，所以在進(jìn)行中央控制室與系統(tǒng)子站相連接的工作時(shí)，需要收集并分析數(shù)據(jù)信息，對(duì)有效信息加以保存并且繪制數(shù)據(jù)變化表格，促使其自動(dòng)體現(xiàn)出核電廠企業(yè)中各項(xiàng)工作的開(kāi)展情況。此外，利用DCS體系，核電企業(yè)管理人員可以隨時(shí)監(jiān)督與管理核電項(xiàng)目的整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使工程師能夠依據(jù)相關(guān)提示對(duì)數(shù)據(jù)信息加以整合與優(yōu)化，為操作人員提供便利條件。因此，通過(guò)將中央控制室與系統(tǒng)子站相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化核電廠的建設(shè)。

2.4選擇無(wú)壓損或低壓損的自動(dòng)化儀表

在測(cè)試流體流量時(shí)，節(jié)能裝置在其實(shí)際測(cè)試過(guò)程中存在的壓損較大，而節(jié)能裝置的使用率很高，約為70%，這樣不利于節(jié)能。因此，在工業(yè)領(lǐng)域無(wú)壓損和低壓損儀表得到較大關(guān)注，尤其是近幾年廣泛應(yīng)用的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)和笛形均速管流量計(jì)。其具有造價(jià)低廉、壓損微小和安裝方便的特點(diǎn)，受到各核電廠一線操作人員的好評(píng)。儀表選擇是核電廠設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在考慮儀表性能的同時(shí)要兼顧節(jié)能，而通過(guò)研發(fā)和革新制造出更加環(huán)保、節(jié)能的儀表也成為儀表行業(yè)的一個(gè)新的發(fā)展方向。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，開(kāi)展自動(dòng)化儀表在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化核電廠中的應(yīng)用對(duì)核電廠行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的作用，現(xiàn)階段，核電企業(yè)管理人需要認(rèn)真分析自動(dòng)化儀表的功能，創(chuàng)新應(yīng)用手段，構(gòu)建應(yīng)用機(jī)制，科學(xué)的將自動(dòng)化儀表應(yīng)用在核電廠的各項(xiàng)工作中，促進(jìn)數(shù)字化核電廠的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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