在役核電站PLC單回路調(diào)節(jié)器向DCS數(shù)字化控制系統(tǒng)升級(jí)改造

張利冰，楊 帆，丁近厚，沈元帆

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

0 引言

隨著數(shù)字化控制系統(tǒng)的快速發(fā)展，很多新電廠在設(shè)計(jì)之初時(shí)就直接采用了全廠數(shù)字化控制的理念和方式，但在一些已在役投運(yùn)和已運(yùn)行多年的老電廠中，各種類型的控制方式都還在應(yīng)用，如基地式調(diào)節(jié)儀、PLC單回路調(diào)節(jié)器、局部PLC小型控制系統(tǒng)、模擬電路式控制系統(tǒng)、局部數(shù)字化控制搭配模擬電路控制等方式。為了提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能和更加適應(yīng)控制系統(tǒng)的發(fā)展需求，解決老技術(shù)落后、現(xiàn)場(chǎng)缺陷率高、備件供應(yīng)停產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)跟不上、檢修維護(hù)難度大等實(shí)際問題，電廠必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整和改造。本文就在役核電站的實(shí)際經(jīng)歷，用實(shí)例詳細(xì)說明傳統(tǒng)PLC單回路調(diào)節(jié)器向數(shù)字化系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試等整個(gè)過程。

圖1 單回路調(diào)節(jié)器外觀和控制原理Fig.1 Appearance and control principle of single loop regulator

1 PLC單回路調(diào)節(jié)器介紹

本廠1/2號(hào)機(jī)組常規(guī)島的高壓加熱器水位控制、低壓加熱器水位控制、疏水冷卻器水位控制、油溫氫溫控制、定子冷卻水溫控制等均采用就地單回路調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)，涉及13個(gè)重要系統(tǒng)的13臺(tái)控制機(jī)柜，單回路調(diào)節(jié)器安裝在機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜分散在廠房，控制對(duì)象為65臺(tái)調(diào)節(jié)閥。

PLC單回路調(diào)節(jié)器為緊湊型單回路控制器，接收4mA～20mA變送器水位信號(hào)或熱電阻溫度信號(hào)，與內(nèi)部的設(shè)定值進(jìn)行偏差比較，通過PID運(yùn)算輸出4mA～20mA信號(hào)至閥門定位器，控制閥門開度，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)的目的。

PLC單回路調(diào)節(jié)器的操作面板使用模擬棒圖實(shí)現(xiàn)對(duì)過程值和設(shè)定點(diǎn)的趨勢(shì)顯示，支持手動(dòng)模式，調(diào)節(jié)器之間無總線連接和數(shù)據(jù)傳輸，均各自獨(dú)立運(yùn)算[1]。

2 DCS控制系統(tǒng)介紹

DCS集散控制系統(tǒng)又稱計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)，是20世紀(jì)70年代中期迅速發(fā)展起來的。它把控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及通信技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)視、控制和管理。它既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限，又較好地解決了早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險(xiǎn)性。主要用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制系統(tǒng)中，如石化、電力等。其核心是通信，即數(shù)據(jù)公路。

本廠1/2號(hào)機(jī)組常規(guī)島DCS采用MACS6系統(tǒng)，對(duì)常規(guī)島各生產(chǎn)工藝系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換，完成連續(xù)控制、邏輯與順序、批量控制等運(yùn)算，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或裝置進(jìn)行直接數(shù)字控制的綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)。

圖2 DCS系統(tǒng)機(jī)柜Fig.2 DCS System cabinet

圖3 DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 DCS Network structure

該系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：MNET（監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)）、SNET（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)） 和CNET（控制網(wǎng)絡(luò)）。所有的三層網(wǎng)絡(luò)均支持雙網(wǎng)冗余，單網(wǎng)絡(luò)故障能自動(dòng)切換到另一條網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

MNET指系統(tǒng)中各操作站之間，操作站與服務(wù)器之間，服務(wù)器與服務(wù)器之間的通信網(wǎng)絡(luò)，采用FLRPC協(xié)議構(gòu)建系統(tǒng)的局域網(wǎng)。

SNET指實(shí)時(shí)服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的通信網(wǎng)絡(luò)，包括實(shí)時(shí)服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)控制站，可以完成數(shù)據(jù)的管理存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，并自動(dòng)診斷并切換，保障系統(tǒng)的可靠性。

CNET指設(shè)備層的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，以單個(gè)站為單位，IO卡件將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)通過控制網(wǎng)絡(luò)預(yù)制電纜送至主控單元（CP），并將CP計(jì)算結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)制電纜送至IO卡件進(jìn)一步送至就地控制設(shè)備[2]。

3 PLC單回路調(diào)節(jié)和DCS控制系統(tǒng)對(duì)比

DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”，而PLC只是一種控制“裝置”，兩者是“系統(tǒng)”與“裝置”的區(qū)別。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào)，PLC裝置只實(shí)現(xiàn)本單元所具備的功能。

網(wǎng)絡(luò)是控制系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。DCS系統(tǒng)由上至下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)3個(gè)層次，信息傳輸實(shí)時(shí)、可靠。而PLC因?yàn)榛旧隙紴閭€(gè)體工作，如果與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)安全上，PLC沒有很好的保護(hù)措施。DCS在整個(gè)設(shè)計(jì)上留有大量的可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便，PLC所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后，想隨意地增加或減少操作員站都是很難實(shí)現(xiàn)的。

為保證DCS控制設(shè)備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無擾地切換為工作單元，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。特別是當(dāng)其某個(gè)PLC單元發(fā)生故障時(shí)，不得不將整個(gè)系統(tǒng)停下來，才能進(jìn)行更換維護(hù)并需重新編程。所以，DCS系統(tǒng)要比PLC安全可靠性上高一個(gè)等級(jí)[3]。

PLC體積小、靈活易用，在小規(guī)模的控制和集成化程度不高的工業(yè)上能有效地節(jié)省成本，目前還有一定的使用市場(chǎng)，但隨著數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)的DCS控制系統(tǒng)更有多方面的優(yōu)勢(shì)，有逐漸取代PLC的趨勢(shì)。

4 升級(jí)改造原因

本廠自2016年以來，PLC單回路調(diào)節(jié)器由于受眾范圍小、產(chǎn)品批次差異、設(shè)備質(zhì)量不穩(wěn)定等原因?qū)е鹿收项l發(fā)，直接導(dǎo)致疏水閥異常開啟或關(guān)閉，引發(fā)系統(tǒng)瞬態(tài)，嚴(yán)重時(shí)能影響到機(jī)組的熱效率和機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

為了能夠提高機(jī)組熱效率和穩(wěn)定性，操作更集中和直觀，將常規(guī)島PLC調(diào)節(jié)控制方式改進(jìn)為DCS系統(tǒng)集中控制，有利于整合現(xiàn)有單個(gè)的、零散的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，優(yōu)化控制流程。

PLC調(diào)節(jié)器升級(jí)為DCS系統(tǒng)控制，加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)工況的收集、備份、整理能力，特殊工況時(shí)有利于將各個(gè)信號(hào)測(cè)量信息和閥門控制信息進(jìn)行組趨勢(shì)觀察分析。

有利于整合和簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)系統(tǒng)和工藝聯(lián)鎖能力。

DCS在線組態(tài)維護(hù)安裝方便，為控制功能的進(jìn)一步優(yōu)化創(chuàng)造了條件。

5 改造總體設(shè)計(jì)

◇ 取消現(xiàn)場(chǎng)零散分布的PLC機(jī)柜和PLC單回路調(diào)節(jié)器，拆除相關(guān)設(shè)備。

◇ 在DCS機(jī)柜房間增設(shè)一套新DCS機(jī)柜。

◇ 新增DCS機(jī)柜的軟/硬件設(shè)置與現(xiàn)有DCS平臺(tái)保持一致。

圖4 改造后的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.4 The structure of the modified DCS system

◇ 敷設(shè)電纜，將現(xiàn)場(chǎng)變送器、熱電阻、閥門等信號(hào)傳遞至DCS系統(tǒng)機(jī)柜房間和機(jī)柜內(nèi)。

◇ 在DCS系統(tǒng)中增加控制邏輯和相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)常規(guī)島系統(tǒng)模擬量控制。

◇ 相關(guān)設(shè)計(jì)和審查委托有設(shè)計(jì)資質(zhì)的院所開展，作為技術(shù)支持和保障。

◇ 在設(shè)備采購(gòu)階段，由廠家出具設(shè)備制造、出廠、驗(yàn)收時(shí)間表。

◇ 在現(xiàn)場(chǎng)施工階段，分機(jī)組在大修期間執(zhí)行，委托有資質(zhì)的安裝公司現(xiàn)場(chǎng)施工。

◇ 控制原則：將65個(gè)控制回路合理分散在4個(gè)控制站中，每個(gè)控制站均有獨(dú)立且冗余的CP控制單元和電源。

◇ 原PLC的手動(dòng)操作功能由DCS操作員站的軟手操實(shí)現(xiàn)。

◇ DCS系統(tǒng)增加報(bào)警功能，65個(gè)控制回路任意出現(xiàn)手操?gòu)?qiáng)切手動(dòng)信號(hào)則報(bào)警，以提醒控制室內(nèi)的運(yùn)行人員及時(shí)關(guān)注異常。

改造后的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

6 改造步驟和節(jié)點(diǎn)

6.1 PLC機(jī)柜拆除

確認(rèn)機(jī)柜電纜已拆除，確認(rèn)機(jī)柜上游電源已切斷，并確認(rèn)設(shè)備無危險(xiǎn)電壓存在。

解開機(jī)柜的上進(jìn)線綁扎帶，不野蠻施工拉扯電纜，拆除機(jī)柜內(nèi)部PLC單回路調(diào)節(jié)器，妥善保管。

拆卸機(jī)柜內(nèi)的接地線等，做好保護(hù)措施。

逐個(gè)拆除舊機(jī)柜并放置指定臨時(shí)存放區(qū)域存放，利用磨光機(jī)對(duì)盤柜和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)焊接位置進(jìn)行切割，切割打磨時(shí)需要成對(duì)角焊縫切割打磨，以防柜體受力變形，拆除時(shí)不可損傷盤柜與盤柜基礎(chǔ)，待機(jī)柜與基礎(chǔ)分離后，采用撬棍將柜體平移至安全位置上，用手動(dòng)液壓叉車或自制運(yùn)輸小車將機(jī)柜運(yùn)輸至汽機(jī)房外，再吊運(yùn)到業(yè)主指定地點(diǎn)。

拆除時(shí)做好周邊設(shè)備的保護(hù)，及施工場(chǎng)地的地面保護(hù)。

對(duì)盤柜焊接位置進(jìn)行防腐刷漆，防止生銹。

6.2 新增DCS機(jī)柜安裝

按照新機(jī)柜底座尺寸，在地面基礎(chǔ)框架上定位鉆孔，將新機(jī)柜搬運(yùn)至安裝位置上。

在機(jī)柜基礎(chǔ)框架上，有順序地精確調(diào)整盤柜的位置和垂直度，利用水平尺等工具進(jìn)行水平測(cè)試、校驗(yàn)，若有偏差，可填充絕緣橡膠墊或者墊鐵。機(jī)柜正面的棱邊不得偏離垂直線2mm以上，機(jī)柜單獨(dú)或成列安裝時(shí)，其垂直度、水平偏差與盤柜面板偏差和盤、柜間接縫的允許偏差應(yīng)符合安裝規(guī)定。

機(jī)柜位置調(diào)整后，安裝時(shí)將盤柜底座螺栓孔與基礎(chǔ)上的螺栓孔對(duì)齊，用螺栓連接起來，并在調(diào)整各類參數(shù)達(dá)標(biāo)后，依次將螺栓擰緊。

用螺栓將成排機(jī)柜互相聯(lián)結(jié)固定起來，按照廠家提供的緊固力矩標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

保護(hù)接地：機(jī)柜保護(hù)地接地線連接到機(jī)柜的保護(hù)地銅排上，然后由接地銅排連接到就近電纜橋架上的接地電纜上。

系統(tǒng)接地：機(jī)柜中驅(qū)動(dòng)電源模塊負(fù)端接到機(jī)柜系統(tǒng)地銅排上，機(jī)柜中系統(tǒng)電源由機(jī)籠負(fù)端接到機(jī)柜系統(tǒng)地接地銅排上，然后由系統(tǒng)地銅排連接到DCS系統(tǒng)專門的接地柜中。

位置檢查：檢查盤、柜位號(hào)是否與平面圖所示位置相符，其水平度、垂直度等是否符合要求。

外觀檢查：檢查盤、柜等設(shè)備的油漆是否有損壞，如有則進(jìn)行修補(bǔ)。

螺栓檢查：檢查所有螺栓連接是否緊密。

6.3 舊電纜拆除

拆除舊PLC機(jī)柜外部電纜并記錄信息，拆除后做好絕緣包扎和標(biāo)識(shí)。

抽出已拆除的作廢電纜，抽出前確認(rèn)電纜編號(hào)正確；確認(rèn)電纜不帶電；確認(rèn)同其它電纜區(qū)別開；確認(rèn)抽出電纜的準(zhǔn)確無誤。

拆除中，保證電纜標(biāo)記完整、清晰、正確。

電纜拆除時(shí)，需要在目視范圍之內(nèi)或手觸碰范圍之內(nèi)電纜方可剪斷，對(duì)于跨房間或無法目視的電纜需要分段剪并抽出。

將拆除后的電纜綁扎固定在合適位置。

抽出后，將電纜存放至指定的臨時(shí)存放區(qū)域。

拆除舊機(jī)柜上廢橋架或者電纜管等，存放至指定的臨時(shí)存放區(qū)域。

將廢舊電纜及電纜橋架，按照電廠報(bào)廢流程作報(bào)廢處理。

6.4 新電纜敷設(shè)

依次打開電纜路徑上的防火封堵（防火水泥、巖棉包），騰出空間以敷設(shè)新電纜。

所有新電纜必須測(cè)量絕緣電阻，檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)行電纜敷設(shè)。

根據(jù)擬敷設(shè)的電纜敷設(shè)任務(wù)單（按系統(tǒng)劃分）和電纜盤電纜信息（型號(hào)、規(guī)格），確定電纜盤。并核實(shí)對(duì)多根同型號(hào)且同批敷設(shè)的電纜做好電纜盤的分配，以免電纜浪費(fèi)。

儀表電纜敷設(shè)前，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查和絕緣檢查，其電阻值不應(yīng)小于5MΩ，其他特殊電纜如計(jì)算機(jī)通訊電纜等，應(yīng)遵照設(shè)計(jì)文件或廠家規(guī)定。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況架設(shè)電纜盤，根據(jù)電纜敷設(shè)路徑清單下好料，電纜從電纜路徑中間開始敷設(shè)，敷設(shè)到一端終點(diǎn)后，確認(rèn)好長(zhǎng)度向始端倒放。電纜敷設(shè)時(shí)，不得使電纜在地面上摩擦、拖拉；電纜上不得有鎧裝壓扁、電纜絞擰、護(hù)套層折裂等機(jī)械損傷；沿電纜通道配置施工人員，電纜盤處配置專職監(jiān)護(hù)人員，隨時(shí)檢查和控制電纜盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。

敷設(shè)過程中，如無特殊情況應(yīng)遵守以下原則：先敷設(shè)大截面電纜，后敷設(shè)小截面電纜；同型號(hào)電纜，長(zhǎng)電纜先敷，敷設(shè)在下面。短電纜后敷，敷設(shè)在上面；電纜敷設(shè)方向盡量從高處往低處；按照設(shè)計(jì)給出的電纜路徑敷設(shè)，電纜的彎曲半徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)和電纜廠家要求。

電纜敷設(shè)時(shí)，電纜的始端、中間、終端應(yīng)設(shè)置臨時(shí)識(shí)別標(biāo)志，包括電纜編號(hào)、電纜規(guī)格型號(hào)、始/終端設(shè)備代號(hào)，以便于電纜端接時(shí)能準(zhǔn)確辨識(shí)。

電力電纜和控制電纜不應(yīng)配置在同一層橋架或支架上；中、低壓電力電纜，強(qiáng)電、弱電控制電纜應(yīng)按設(shè)計(jì)要求分層配置，不同功能的托架敷設(shè)不同電壓等級(jí)的電纜。若設(shè)計(jì)院未明確規(guī)定，則一般情況下宜由上而下配置。

電纜敷設(shè)完以后，應(yīng)立即整理，使電纜排列整齊；檢查電纜外觀是否破損，并及時(shí)處理。

使用阻燃的電纜扎帶將電纜固定在電纜橋架上。

電纜敷設(shè)后，將所剩電纜盤送回電纜存放場(chǎng)并對(duì)所有電纜端頭封蓋，空電纜盤應(yīng)隨即搬離施工現(xiàn)場(chǎng)。

所有電纜按照施工圖紙電纜敷設(shè)完畢，在進(jìn)行連續(xù)性、絕緣性能等檢查測(cè)試合格后，恢復(fù)打開的防火封堵。

6.5 機(jī)柜內(nèi)電纜端接

確認(rèn)需端接的電纜已敷設(shè)完畢。

檢查每根電纜的絕緣及芯線的連續(xù)性，并做好線號(hào)管標(biāo)識(shí)。

信號(hào)電纜進(jìn)入新DCS機(jī)柜中，先按端接模塊進(jìn)行分類，再進(jìn)行扎把固定在端接位置附近，使其美觀大方，然后根據(jù)端接端子的位置進(jìn)行相應(yīng)的端接。

儀表電纜終端頭采用熱縮式，熱縮套管的選擇應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，其選擇長(zhǎng)度參照設(shè)計(jì)文件或廠家規(guī)范為基準(zhǔn)。

用剝皮刀首先去電纜最外層絕緣層及填料層等，注意不要損壞屏蔽層。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)側(cè)的電纜可將屏蔽層去除，接線箱及以后直至控制室的電纜，均要保留屏蔽線用于屏蔽接地；對(duì)于雙屏電纜請(qǐng)注意二次屏蔽層的完整性。特殊表計(jì)，如電磁流量計(jì)等屏蔽接地按照設(shè)計(jì)文件或廠家要求進(jìn)行。所有的電纜頭制作完畢后，把要端接的電纜捆扎牢固并固定好，并注意電纜的彎曲半徑。電纜應(yīng)盡量避免交叉，排列整齊，固定牢固且接線端子不得受力。

端接前穿號(hào)碼管時(shí)應(yīng)按圖紙核查無誤，在端接過程中不得損傷芯線絕緣層。一般情況下每一個(gè)接線端子只能接一個(gè)芯線，其線路中不應(yīng)有中間接頭，特殊情況下最多一個(gè)接線端子接兩個(gè)芯線。端接時(shí)，應(yīng)注意線鼻子與芯線的規(guī)格、型號(hào)應(yīng)相符合，并用壓線鉗正確地壓緊，不得有松動(dòng)現(xiàn)象。

對(duì)于儀控電纜的屏蔽接地線，首先將電纜的屏蔽層（線）擰在一起，然后利用對(duì)接鼻子和黃綠接地線對(duì)接，接到本機(jī)柜的屏蔽地銅排上，絕對(duì)不能接至動(dòng)力接地銅排或其他保護(hù)接地上。對(duì)于儀控電纜有COM端接地，按廠家提供的圖紙端接到相應(yīng)的端子上。

電纜端接完成后，檢查電纜頭外形是否美觀、光滑、無皺折。

對(duì)芯線進(jìn)行捆扎，應(yīng)整齊美觀；導(dǎo)線應(yīng)留有余量；對(duì)電纜懸掛標(biāo)識(shí)牌。

6.6 新機(jī)柜上電和投用

萬用表測(cè)量新DCS機(jī)柜的外部供電開關(guān)已帶電。

確認(rèn)新機(jī)柜內(nèi)供電開關(guān)均為斷開狀態(tài)。

按照電源分配圖，逐級(jí)、逐個(gè)閉合空氣開關(guān)，觀察柜內(nèi)電源模塊燈亮并正常工作。

送一路電，用萬用表測(cè)量一路，并記錄電壓。

直至所有空氣開關(guān)閉合，所有電源模塊正常供電。

按照標(biāo)準(zhǔn)開展絕緣測(cè)試工作，記錄絕緣情況。

機(jī)柜帶電運(yùn)行，持續(xù)觀察48h。

無任何異常后，標(biāo)志著新機(jī)柜正式投用。

6.7 開環(huán)調(diào)試

試驗(yàn)前提：

◇ 電廠DCS系統(tǒng)工作正常，網(wǎng)絡(luò)正常，相關(guān)邏輯已生效。

◇ 電廠65個(gè)實(shí)際工藝系統(tǒng)未投運(yùn)，開環(huán)試驗(yàn)僅驗(yàn)證通道和功能，閥門執(zhí)行器動(dòng)作不會(huì)影響實(shí)際工藝。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：65個(gè)控制回路功能正常，DCS系統(tǒng)信號(hào)通道正確，邏輯組態(tài)正確，執(zhí)行器反應(yīng)正確，手操器功能完整。

注意事項(xiàng)：每次試驗(yàn)前，確認(rèn)完畢系統(tǒng)狀態(tài)后方可執(zhí)行。

試驗(yàn)內(nèi)容：

圖5 自動(dòng)調(diào)節(jié)能力趨勢(shì)Fig.5 Trend of automatic adjustment capability

◇ 信號(hào)通道驗(yàn)證合格。

◇ 手操器的手、自動(dòng)切換驗(yàn)證合格。

◇ 手操器的手動(dòng)輸出值驗(yàn)證合格。

◇ 手操器的SP設(shè)定值功能驗(yàn)證合格。

◇ 閥門執(zhí)行器的正、反作用驗(yàn)證合格，反應(yīng)正確。

◇ DCS系統(tǒng)的各報(bào)警功能驗(yàn)證合格。

◇ 模擬環(huán)境，手操器的強(qiáng)切手動(dòng)功能驗(yàn)證合格。

6.8 閉環(huán)調(diào)試

試驗(yàn)前提：電廠65個(gè)回路投入自動(dòng)狀態(tài)后調(diào)節(jié)功能正常，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)閥門工作穩(wěn)定。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：在人為擾動(dòng)下，自動(dòng)調(diào)節(jié)過程有維持系統(tǒng)穩(wěn)定的能力，調(diào)節(jié)曲線有明顯的衰減震蕩趨勢(shì)，示意如圖5所示。

注意事項(xiàng)：每次試驗(yàn)前，確認(rèn)完畢機(jī)組狀態(tài)和系統(tǒng)狀態(tài)后方可執(zhí)行；試驗(yàn)期間，如出現(xiàn)水位異常波動(dòng)等情況，運(yùn)行操作員必要時(shí)手動(dòng)控制閥門，及時(shí)干預(yù)系統(tǒng)的水位狀態(tài)。

試驗(yàn)內(nèi)容：

◇ 初始PID參數(shù)為原PLC調(diào)節(jié)器參數(shù)。

◇ 系統(tǒng)投用，給定設(shè)定值后將控制模式切為自動(dòng)控制。

◇ 觀察被控對(duì)象測(cè)量參數(shù)的趨勢(shì)。

◇ 若趨勢(shì)收斂則手動(dòng)模式下修改設(shè)定值或調(diào)節(jié)被控量，形成±5%的偏差，再切為自動(dòng)控制，觀察趨勢(shì)應(yīng)短時(shí)間內(nèi)收斂穩(wěn)定，記錄參數(shù)。

◇ 若趨勢(shì)發(fā)散或等幅振蕩，則在排除變送器測(cè)量異常和閥門動(dòng)作異常的情況下調(diào)整PID參數(shù)。

◇ 再次進(jìn)行±5%的偏差試驗(yàn)，觀察趨勢(shì)，直至曲線收斂符合要求。

7 改造效果評(píng)價(jià)

原PLC單回路調(diào)節(jié)器僅在就地顯示命令信號(hào)，無反饋信號(hào)，無歷史數(shù)據(jù)記錄功能。改造后，被控量測(cè)量信號(hào)、閥門命令、閥位反饋信號(hào)均可在DCS系統(tǒng)中顯示和記錄趨勢(shì)，便于控制和觀測(cè)。

原PLC單回路調(diào)節(jié)器出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)質(zhì)量異常時(shí)會(huì)直接影響液位控制，導(dǎo)致閥門異常動(dòng)作，造成控制波動(dòng)。改造后，65個(gè)調(diào)節(jié)回路集中顯示，軟手操自動(dòng)/手動(dòng)控制閥門，變送器或熱電阻信號(hào)質(zhì)量出現(xiàn)壞點(diǎn)時(shí)具有閥門強(qiáng)切手動(dòng)邏輯，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警，DCS二層畫面紅閃提示操作員具體故障位置。

原PLC單回路調(diào)節(jié)器部分控制回路調(diào)節(jié)能力弱，響應(yīng)慢。由于操作面板顯示信息有限，無歷史趨勢(shì)顯示，調(diào)整和優(yōu)化PID參數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，具有一定的局限性。改造后，經(jīng)過閉環(huán)調(diào)試，各系統(tǒng)控制回路調(diào)節(jié)能力明顯改善。

8 結(jié)語

本文詳盡地描述了在役核電站PLC單回路調(diào)節(jié)器向數(shù)字化系統(tǒng)的升級(jí)改造，包涵了設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試等整個(gè)環(huán)節(jié)，改造后成功地提升了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性，也適應(yīng)了新的控制系統(tǒng)的發(fā)展需求，解決了電廠面臨的多種實(shí)際問題，效益顯著提高，也為同樣面臨此類問題的電廠提供有效的參考。