呂瑞廣

福建福清核電有限公司維修二處 福建福清 350300

福清核電1/2號機組核輔助廠房三廢處理控制系統(tǒng)（KSN）采用INVENSYS公司的I/A數(shù)字化控制系統(tǒng)，為1、2號機組所共用，主要由硼回收系統(tǒng)（TEP）、廢液處理系統(tǒng)（TEU）、廢氣處理系統(tǒng)（TEG）、固體廢物處理系統(tǒng)（TES）（核輔助廠房的廢物處理站部分）四個系統(tǒng)組成。KSN為三廢處理系統(tǒng)的專用控制系統(tǒng)，主要完成的功能包括：數(shù)據(jù)采集和處理、過程控制、運行監(jiān)控、協(xié)助運行和報警處理。

另外，KSN系統(tǒng)還對輔助蒸汽分配系統(tǒng)（SVA）和核輔助廠房通風(fēng)系統(tǒng)（DVN）完成信號采集，邏輯處理，報警處理等功能。KSN系統(tǒng)根據(jù)就近采集原則，對分布在核輔助廠房中的非三廢系統(tǒng)的部分過程檢測儀表信號進行采集，通過網(wǎng)關(guān)與電站計算機信息和控制系統(tǒng)（KIC）進行信息交換，完成核輔助廠房部分工藝過程信息的采集和傳送[1]。

KSN系統(tǒng)的調(diào)試過程由六個試驗組成，包括：系統(tǒng)設(shè)備上電檢查、系統(tǒng)信號傳輸通道試驗、設(shè)備功能試驗、機柜儀控報警功能試驗、系統(tǒng)性能試驗、系統(tǒng)功能試驗。

1 KSN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

KSN三廢控制系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，包含系統(tǒng)層和過程控制層。

系統(tǒng)層：主要包括通訊和控制設(shè)備，可理解為上位機，主要為工作站、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，打印機等，整個控制系統(tǒng)的組態(tài)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)控制、操作日志、操作權(quán)限設(shè)置、趨勢的記錄、報表的存儲打印、系統(tǒng)設(shè)備信息的通訊等均在系統(tǒng)層完成。

過程控制層；由連接在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的各個控制處理器CP、通訊卡件、輸入輸出卡件、信號連接端子、繼電器、信號轉(zhuǎn)接箱柜等組成，主要功能：采集現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信號、輸出開關(guān)量與模擬量控制信號等。

為保證系統(tǒng)運行的安全、穩(wěn)定，KSN系統(tǒng)配置滿足如下要求：

（1）系統(tǒng)電源冗余；

（2）工作站冗余；

（3）控制器冗余；

（4）通訊冗余。

2 KSN系統(tǒng)的調(diào)試

硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)安裝完成后，系統(tǒng)進入調(diào)試階段，調(diào)試分為初步試驗和系統(tǒng)試驗，初步試驗包括電源機柜的試驗以及控制機柜硬件試驗，具體包括：系統(tǒng)設(shè)備上電檢查、系統(tǒng)信號傳輸通道試驗、系統(tǒng)設(shè)備功能試驗和機柜儀控報警功能試驗。系統(tǒng)試驗主要為軟件功能試驗，包括系統(tǒng)性能試驗和系統(tǒng)功能試驗。

2.1 系統(tǒng)設(shè)備上電檢查

主要檢查機柜安裝位置是否精確，機柜內(nèi)外部接線是否規(guī)范、整齊、符合要求，機柜與電源線、信號線之間的絕緣是否符合要求，機柜的接地連續(xù)性是否合格，以及上電啟動試驗，上電啟動試驗需確認機柜內(nèi)部各電源模塊、交換機、控制器、IO卡件、風(fēng)扇、報警燈以及盤臺上的工作站、打印機等設(shè)備能夠正常啟動。

系統(tǒng)設(shè)備上電檢查是設(shè)備安裝完成后進行的第一個試驗，上電檢查試驗完成后才能進行后續(xù)試驗。

2.2 系統(tǒng)信號傳輸通道試驗

信號傳輸通道試驗是為了確認現(xiàn)場信號與工作站之間輸入輸出通道的正常，精度、響應(yīng)時間滿足設(shè)計要求。

共有四種信號傳輸通道，需要采用不同的測試方法。邏輯輸入（DI）通道的測試需要在就地設(shè)備側(cè)將對應(yīng)通道接通或斷開觀察工作站上對應(yīng)點位的狀態(tài)變化；邏輯輸出（DO）通道的測試需要在工作站側(cè)相應(yīng)的模塊進行強制，觀察或測量就地設(shè)備的狀態(tài)是否一致；模擬量輸入（AI）通道的測試則需要在就地設(shè)備側(cè)輸入對應(yīng)的模擬量信號，觀察工作站畫面上的數(shù)值是否與之對應(yīng)；模擬量輸出（AO）通道的測試則是在工作站側(cè)輸入模擬量數(shù)值，在就地設(shè)備側(cè)觀察或測量信號是否與之對應(yīng)。

圖1 KSN系統(tǒng)信號傳輸通道示意圖

2.3 設(shè)備功能試驗

設(shè)備功能試驗對KSN系統(tǒng)的設(shè)備功能進行檢查，檢查內(nèi)容包括控制軟件和應(yīng)用程序的版本檢查，計算機及打印機功能檢查，通信網(wǎng)絡(luò)檢查，系統(tǒng)監(jiān)視域檢查，檢查確認FCP、FBM都已上線投入運行，故障診斷功能測試。

2.4 機柜儀控報警功能試驗

機柜儀控報警功能試驗檢查KSN系統(tǒng)機柜的故障報警功能，通過相關(guān)測試工作，驗證機柜的溫度控制器、電源監(jiān)視、照明等設(shè)備正常工作，在出現(xiàn)溫度高、電源失敗和柜門打開等情況時能夠正確觸發(fā)故障報警，從而能夠保證機柜內(nèi)部DCS設(shè)備的安全運行和人員的人身安全。通過人為模擬FCP、FBM和交換機故障，檢查工作站和服務(wù)器的故障報警及診斷功能。

2.5 系統(tǒng)性能試驗

KSN系統(tǒng)性能試驗，確認KSN控制系統(tǒng)工作站、網(wǎng)絡(luò)、機柜內(nèi)設(shè)備（FCP、FBM、電源模塊）等的可靠性和冗余性，并驗證系統(tǒng)反應(yīng)時間、時鐘同步、負荷裕量（FCP、工作站、Mesh網(wǎng)絡(luò)）等滿足設(shè)計要求。

2.6 系統(tǒng)功能試驗

在KSN系統(tǒng)運行正常及相關(guān)的信號傳輸通道驗證無誤后，即可開始進行系統(tǒng)功能試驗，確認KSN控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與控制，系統(tǒng)的整體功能滿足設(shè)計要求。

功能試驗包括：驗證系統(tǒng)采集處理測試功能、驗證工藝報警監(jiān)視功能、歷史庫及趨勢曲線顯示功能測試、工程師站應(yīng)用功能測試、操作員站應(yīng)用功能測試、系統(tǒng)故障監(jiān)視功能測試。

3 KSN系統(tǒng)調(diào)試過程中出現(xiàn)的重大問題及處理過程

3.1 信號傳輸通道試驗過程中頻繁燒保險問題

在信號傳輸通道試驗過程中，當(dāng)驗證邏輯量輸出（DO）通道時，多次出現(xiàn)端子內(nèi)保險熔斷現(xiàn)象。經(jīng)過分析排查，確認是因為就地電磁閥側(cè)正負端接反導(dǎo)致。

電磁閥線圈本身并沒有正負極區(qū)分，但當(dāng)用電子電路控制電磁閥工作時，為保護其他電路不受該線圈電感變化時（通、斷電）產(chǎn)生的反向感應(yīng)電壓的影響，在線圈兩端并聯(lián)一個二極管，如圖2，使并聯(lián)后線圈連接變成有極性，與二極管負極連接的一端，要通向電磁閥電源的正極，與二極管正端連接的一端，要通向電磁閥電源負極，這樣，當(dāng)需要電磁閥工作時正常加到電磁閥兩端的電壓，對二極管來說是反向的，相當(dāng)于電阻無限大，電流只通過電磁閥線圈，閥門正常工作；當(dāng)電磁閥電源被斷開時，線圈自感產(chǎn)生的反向電壓正好與并聯(lián)的二極管方向相同，因此被該二極管短路，從而防止了該反向的感應(yīng)電壓對控制電路的影響。使用電子電路控制的繼電器、接觸器等電磁線圈，基本上都反向并聯(lián)一個二極管，就是這個原因。

圖2 電磁閥線圈示意圖

為了避免燒保險的情況發(fā)生，在做DO點通道前，需先確認就地電磁閥接線是否正確，或在機柜側(cè)測量通道正極對地絕緣，如絕緣良好，則說明接線正確。

3.2 模塊初始化后無法正常發(fā)命令

在系統(tǒng)邏輯試驗過程中，如果機柜重新上電或者控制器進行過初始化，會出現(xiàn)工作站無法發(fā)命令或就地設(shè)備狀態(tài)與實際邏輯不符的現(xiàn)象，經(jīng)分析，原因如下：福清KSN控制系統(tǒng)中，很多設(shè)備的控制命令均采用上升沿信號來激發(fā)。即操作員站點擊啟停按鈕后或者程序自動產(chǎn)生啟/停命令后，在設(shè)備控制邏輯塊里被處理成一個短脈沖的形式，如圖3：

圖3 啟停命令上升沿處理

從其它地方來的啟命令，無論是短脈沖還是長電平信號，通過圖5所示的邏輯處理，均形成一個2秒的脈沖（I/A系統(tǒng)中使用OSP命令實現(xiàn)），然后觸發(fā)RS觸發(fā)器，產(chǎn)生一個長信號的啟命令，并通過啟位置或停命令來復(fù)位(停命令由停位置或啟命令復(fù)位)。這種做法的好處是，對于設(shè)備來說，所有控制信號均是標(biāo)準(zhǔn)的且特征統(tǒng)一的啟停命令。前面發(fā)出的信號必須是由0變?yōu)?，OSP才能產(chǎn)生2秒的信號。

如果控制模塊在初始化過程時，自動啟/停命令一直存在，那么這個啟命令就無法發(fā)出去，同時操作員站也無法手動發(fā)啟/停命令。這是因為對于OSP命令來說，接收到的啟/停信號并沒有一個從0到1的過程，沒有上升沿，OSP就不能激發(fā)出兩秒脈沖，OSP后的與門就會一直閉鎖命令。

這種情況，需要先通過強制的方式取消原來一直存在的命令，然后才能正常發(fā)命令。

3.3 報警卡分組按鍵閃爍的實現(xiàn)

報警卡是協(xié)助運行人員快速判斷報警原因并采取正確措施的一個功能。由于系統(tǒng)數(shù)量和報警的數(shù)量較多，報警卡光字牌被分為11個頁面，每個頁面最多可安排49個報警光字牌顯示，當(dāng)某個報警出現(xiàn)時，對應(yīng)的光字牌就會閃爍，提醒運行人員報警的出現(xiàn)，運行人員點擊光字牌可彈出報警卡，顯示報警出現(xiàn)的原因及應(yīng)該采取的措施等信息。但當(dāng)報警出現(xiàn)時，報警分組按鍵并不會有狀態(tài)變化，此時運行人員可能要翻看多個頁面才能找到對應(yīng)的報警卡，不利于快速響應(yīng)[2]。而上游文件并未對此功能給出要求。針對此問題，經(jīng)過與廠家人員和運行人員討論分析后，決定自行添加報警分組按鍵閃爍功能。

首先需要為11個分組按鍵分別創(chuàng)建對應(yīng)的Calca類型的Block計算模塊，將每一頁上所有報警的CIN取或作為該Block的輸入，當(dāng)該頁面上出現(xiàn)報警時，對應(yīng)的分組按鍵狀態(tài)變化，邏輯示意圖如圖4，從而讓操作員快速定位報警[3]。

圖4 報警分組按鍵閃爍邏輯示意圖

4 結(jié)語

福清核電1/2號機組KSN數(shù)字化控制系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試、驗證和完善，為三廢各個工藝系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測和控制提供了安全穩(wěn)定的控制平臺，滿足了福清核電對控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定及可靠性的要求。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)及解決的問題為今后系統(tǒng)維護及后續(xù)機組的調(diào)試提供了參考。