李占華

（江蘇核電有限公司 儀控處，江蘇 連云港 222042）

0 引言

江蘇核電5、6號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱P320）采用ALSPA P320 TGC系列產(chǎn)品，P320為自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)和保護(hù)功能，而機(jī)組主DCS采用廣利核的Hollias-N平臺(tái)。因此，P320與主DCS之間存在接口，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員在主DCS上對(duì)汽機(jī)相關(guān)邏輯進(jìn)行操作。大部分情況下，運(yùn)行人員在DCS進(jìn)行控制，但當(dāng)DCS功能不可用時(shí)，需要切回P320控制。這就需要在二者切換的過(guò)程中做到無(wú)擾，否則將影響控制功能的正常實(shí)現(xiàn)。

圖1 DCS與P320網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱DFig.1 Network topology of DCS and P320

在P320系統(tǒng)調(diào)試期間仿真測(cè)試階段，發(fā)現(xiàn)主DCS中的邏輯和畫(huà)面存在重大問(wèn)題，比如：控制指令無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換、通訊點(diǎn)傳輸產(chǎn)生亂碼及量程轉(zhuǎn)化異常、反饋信號(hào)使用有誤、畫(huà)面設(shè)置錯(cuò)誤等問(wèn)題。這些問(wèn)題使得汽輪機(jī)調(diào)節(jié)與保護(hù)系統(tǒng)功能在DCS側(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常控制與顯示，出現(xiàn)了汽機(jī)無(wú)故甩負(fù)荷、跳閘等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常調(diào)試和安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

以上問(wèn)題的產(chǎn)生主要是由于DCS和P320廠家在對(duì)通訊站內(nèi)部參數(shù)以及接口部分邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，未結(jié)合汽機(jī)側(cè)的控制需求以及不同工況下的實(shí)際情況進(jìn)行考慮，以至于設(shè)計(jì)上存在嚴(yán)重漏洞。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

P320系統(tǒng)與主DCS系統(tǒng)采用Modbus-TCP進(jìn)行通訊，其接口部分邏輯主要在主DCS 103號(hào)通訊站實(shí)現(xiàn)如圖1所示。在103號(hào)通訊站中設(shè)計(jì)通訊接口信號(hào)時(shí)，需要對(duì)設(shè)備號(hào)、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、功能碼、地址、點(diǎn)類型等參數(shù)進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正常傳輸功能。對(duì)于邏輯組態(tài)方面，需根據(jù)指令和反饋的不同種類、不同形式，選擇不同的功能塊進(jìn)行組態(tài)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換功能。此外，畫(huà)面組態(tài)時(shí)，也需要根據(jù)邏輯組態(tài)中選擇的功能塊，選擇對(duì)應(yīng)種類的圖符，以實(shí)現(xiàn)控制功能。

2 問(wèn)題描述

通過(guò)分析，系統(tǒng)調(diào)試測(cè)試中遇到的問(wèn)題主要可以分為以下幾類：

表1 通訊點(diǎn)參數(shù)設(shè)置Table 1 Parameter setting of communication point

1）通訊參數(shù)設(shè)置有誤：出現(xiàn)通訊點(diǎn)傳輸產(chǎn)生亂碼現(xiàn)象。

2）主DCS中邏輯設(shè)計(jì)有誤：無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換、產(chǎn)生量程轉(zhuǎn)化異常反饋信號(hào)使用有誤等問(wèn)題。

3）畫(huà)面設(shè)計(jì)有誤：畫(huà)面存在可操圖符無(wú)動(dòng)態(tài)特性、重要控制按鈕缺失、布局不合理等問(wèn)題。

根據(jù)以上分析，首先，需要通過(guò)分析DCS與P320兩側(cè)的通訊參數(shù)設(shè)置，解決通訊點(diǎn)傳輸問(wèn)題；在此基礎(chǔ)上，分析P320控制邏輯，修改無(wú)擾切換相關(guān)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制功能；最后，解決一層與二層不匹配問(wèn)題，調(diào)整畫(huà)面點(diǎn)名、圖符，完善DCS中汽機(jī)相關(guān)系統(tǒng)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)DCS一層與二層的統(tǒng)一。

3 原因分析及優(yōu)化方法

3.1 優(yōu)化通訊參數(shù)設(shè)置

在對(duì)通訊點(diǎn)傳輸進(jìn)行測(cè)試時(shí)，通訊鏈路已經(jīng)建立，開(kāi)關(guān)量的點(diǎn)可以正常傳輸，但模擬量點(diǎn)在傳輸至DCS時(shí)會(huì)產(chǎn)生亂碼。經(jīng)過(guò)分析，這是由于模擬量點(diǎn)在傳輸?shù)倪^(guò)程中字節(jié)傳輸順序不同，造成了錯(cuò)位、亂碼。通過(guò)研究DCS平臺(tái)通訊站的設(shè)置，修改通訊點(diǎn)的DT項(xiàng)（數(shù)據(jù)類型）可改變字節(jié)順序[3]。經(jīng)過(guò)調(diào)整，將DI、AI、DO、AO點(diǎn)的字節(jié)順序分別按照表1中的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)通訊點(diǎn)的正常傳輸，解決傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的模擬量亂碼現(xiàn)象。

3.2 優(yōu)化主DCS邏輯組態(tài)

3.2.1 添加量程轉(zhuǎn)化邏輯

對(duì)于模擬量通訊點(diǎn)，部分點(diǎn)在采集、顯示中使用物理量程，但在內(nèi)部邏輯運(yùn)算時(shí)卻使用百分比量程。這就需要對(duì)其量程進(jìn)行轉(zhuǎn)化，否則將出現(xiàn)量程不匹配問(wèn)題，嚴(yán)重影響邏輯運(yùn)算或畫(huà)面顯示。

1）模擬量輸入點(diǎn)

對(duì)DCS平臺(tái)而言，模擬量輸入通訊點(diǎn)采用ACI（模擬通訊變量處理算法）進(jìn)行組態(tài)，對(duì)其內(nèi)部算法端子FLAG（AV信號(hào)輸出方式選擇）進(jìn)行設(shè)置即可進(jìn)行量程轉(zhuǎn)化，具體設(shè)置方法為：當(dāng)FLAG設(shè)置為0時(shí)，AV=AI（不做量程轉(zhuǎn)化）；當(dāng)FLAG設(shè)置為1時(shí)，AV=（AI-AIMD）×（MUMD）/（AIMU-AIMD）+MD（進(jìn)行量程轉(zhuǎn)化）。

圖2 TW1KCO012KM_XZ38算法端子Fig.2 TW1KCO012KM_XZ38 Algorithm terminal

圖3 TW1KCO012KM改造前組態(tài)圖Fig.3 Configuration diagram of TW1KCO012KM before transformation

2）模擬量輸出點(diǎn)

對(duì)于模擬量輸出通訊點(diǎn)，DCS平臺(tái)所使用的ACO（輸出模擬通訊變量處理算法）不具備量程轉(zhuǎn)化功能。例如圖2中的TW1KCO012KM_XZ38，在其組態(tài)窗口中，并無(wú)實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)化的點(diǎn)項(xiàng)，需要通過(guò)外搭邏輯實(shí)現(xiàn)該功能。

原邏輯中如圖3所示，設(shè)定值算法塊內(nèi)部運(yùn)算采用百分比量程，輸出的端子MSP直接賦給變量TW1KCO012KM_XZ38。這使得TW1KCO012KM_XZ38的量程也同樣為百分比量程，通過(guò)在組態(tài)中增加邏輯如圖4所示，實(shí)現(xiàn)了TW1KCO012KM_XZ38由百分比量程（0～114）到物理量程（0～1710）的轉(zhuǎn)化，符合在DCS參與邏輯運(yùn)算時(shí)使用百分比量程，在DCS畫(huà)面上顯示以及通訊傳輸至P320系統(tǒng)時(shí)，使用物理量程的要求。

3.2.2 優(yōu)化設(shè)定值算法

圖4 TW1KCO012KM改造后組態(tài)圖Fig.4 Configuration diagram of TW1KCO012KM after transformation

圖5 TW1KCO0124KM改造前組態(tài)圖Fig.5 Configuration diagram of TW1KCO0124KM before transformation

按原有的邏輯組態(tài)，當(dāng)運(yùn)行人員在DCS畫(huà)面上對(duì)設(shè)定值進(jìn)行設(shè)置時(shí)（比如，輸出蒸汽流量限制設(shè)定值KCO124KM），收到的反饋并非來(lái)自P320邏輯的真實(shí)反饋，而是其本身下發(fā)的指令。這是由于DCS廠家在組態(tài)時(shí)，直接采用將DCS發(fā)出的指令信號(hào)作為反饋接入算法塊端子的組態(tài)方式，如圖5所示。這種組態(tài)方式不利于運(yùn)行人員對(duì)真實(shí)狀態(tài)的掌控。

為了避免采用此種組態(tài)方式帶來(lái)的誤操作風(fēng)險(xiǎn)，在梳理P320與DCS之間的通訊點(diǎn)表以及對(duì)P320中的邏輯組態(tài)進(jìn)行仔細(xì)研究后，發(fā)現(xiàn)如圖6中所示的信號(hào)5MAY25DP451A_XQ03是P320側(cè)邏輯組態(tài)中經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后，真實(shí)給出的目標(biāo)設(shè)定值。

在DCS中，使用該信號(hào)作為設(shè)定值算法的反饋信號(hào)如圖7所示。經(jīng)測(cè)試，修改完成的組態(tài)滿足需求，DCS畫(huà)面中可真實(shí)反映P320邏輯中設(shè)定值算法實(shí)際給出的目標(biāo)值。對(duì)DCS通訊站中，汽機(jī)相關(guān)設(shè)定值算法的反饋信號(hào)按如上方式進(jìn)行梳理，總結(jié)為表2。根據(jù)表2，對(duì)這11個(gè)設(shè)定值算法塊在主DCS中的通訊接口邏輯全部進(jìn)行修改，經(jīng)驗(yàn)證均滿足要求。

3.2.3 自主化設(shè)計(jì)無(wú)擾切換功能

原有的組態(tài)中，對(duì)于DCS側(cè)跟蹤模式的切換用TW1GRE423SY_XL01（DCS控制模式）以及BUPCONTROL（BUP控制模式）這兩個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)，如圖8所示。但對(duì)于更復(fù)雜的控制邏輯，例如：MSR二級(jí)再熱壓力控制手動(dòng)設(shè)定按鈕GSS815KM如圖9所示，需要實(shí)現(xiàn)分別在DCS和P320的HMI上，皆可以進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)模式切換，原有的邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)則不能滿足要求。

圖6 KCO0124KM在P320中組態(tài)圖Fig.6 Configuration diagram of KCO0124KM in P320

圖7 TW1KCO0124KM改造后組態(tài)圖Fig.7 Configuration diagram of TW1KCO0124KM after transformation

表2 反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系表Table 2 Corresponding relation table of feedback signal

圖8 TW1GSS815KM改造前組態(tài)圖Fig.8 Configuration diagram of tw1gss815km before transformation

圖9 GSS815KM邏輯圖Fig.9 GSS815KM logic diagram

經(jīng)過(guò)分析，首先，需要解決在DCS側(cè)無(wú)法進(jìn)行手自動(dòng)切換的問(wèn)題。原先使用的設(shè)定值接口算法TSTP不具備進(jìn)行手/自動(dòng)切換的功能，故將該功能塊更換為具有手操器功能的接口算法TAMAN。TAMAN適用于模擬量手動(dòng)調(diào)節(jié)，具有4種工作模式：保護(hù)、跟蹤、自動(dòng)、手動(dòng)。當(dāng)FBM=1時(shí)，為手動(dòng)模式；當(dāng)FBA=1 時(shí)，為自動(dòng)模式；當(dāng)跟蹤開(kāi)關(guān)TSW=1時(shí)，進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，AV 跟蹤FBMV。結(jié)合GSS815KM的邏輯圖以及表2，對(duì)TW1GSS815KM的指令和反饋信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，使之在DCS側(cè)可以正常實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)模式的切換如圖10所示。

在P320側(cè)組態(tài)中，對(duì)于來(lái)自DCS和P320 HMI的指令，皆接入手動(dòng)/自動(dòng)指令端子AUTO/MANU，可正常通過(guò)手動(dòng)過(guò)程指令MANU_P（已接入跟蹤開(kāi)關(guān)TC）的變化，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換功能如圖11所示。但由于DCS的TSW端并未添加手/自動(dòng)切換相關(guān)邏輯，DCS側(cè)無(wú)法在切換為手動(dòng)模式后，正常實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。此時(shí)，若僅將DCS中的手動(dòng)指令/反饋信號(hào)（圖10中KMM/FBM對(duì)應(yīng)的信號(hào)）接入TSW，那么當(dāng)處于P320控制時(shí)，如果將控制模式切換至手動(dòng)，DCS側(cè)不會(huì)隨之進(jìn)入跟蹤模式，AV值不會(huì)跟蹤FBMV。此時(shí)，若再將控制權(quán)限切至DCS，由DCS切至自動(dòng)控制模式，則由于反饋信號(hào)FBMV存在偏差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換[2]。

針對(duì)此問(wèn)題，需要從P320側(cè)取手動(dòng)控制模式反饋信號(hào)，用于DCS側(cè)的跟蹤切換。經(jīng)過(guò)分析，在P320組態(tài)中，MANU_FBK（手動(dòng)模式反饋信號(hào)）端子的輸出如圖11所示，可用于DCS跟蹤切換邏輯。故取P320送至DCS的通訊點(diǎn)5GSS01DP101_XB80如圖12所示，作為T(mén)SW的觸發(fā)條件之一，用以實(shí)現(xiàn)無(wú)論在DCS還是P320控制權(quán)限下，投入手動(dòng)控制模式時(shí)，DCS側(cè)皆可與P320側(cè)同步處于跟蹤模式的控制需求。

3.3 調(diào)整系統(tǒng)畫(huà)面

圖10 TW1GSS815KM改造后組態(tài)圖Fig.10 Configuration diagram of tw1gss815km after transformation

圖11 GSS815KM在P320中組態(tài)圖-1Fig.11 Configuration diagram of GSS815KM in P320-1

圖12 GSS815KM在P320中組態(tài)圖-2Fig.12 Configuration diagram of GSS815KM in P320-2

完成對(duì)邏輯組態(tài)的修改后，對(duì)主DCS中汽輪機(jī)調(diào)節(jié)保護(hù)系統(tǒng)的畫(huà)面進(jìn)行了系統(tǒng)性的優(yōu)化與改進(jìn)，對(duì)靜態(tài)文字、點(diǎn)名、圖符類型等逐一進(jìn)行適應(yīng)性修改，使之與控制邏輯相匹配。

4 結(jié)束語(yǔ)

DCS采用的Hollias-N平臺(tái)，首次采用Modbus協(xié)議與P320系統(tǒng)進(jìn)行通訊。在對(duì)通訊參數(shù)、通訊點(diǎn)組態(tài)等的配置方式上無(wú)同行電站可參考，需要根據(jù)兩側(cè)平臺(tái)特性，自主研究、配置通訊參數(shù)，實(shí)現(xiàn)正常通訊功能。

對(duì)于由設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的通訊點(diǎn)量程轉(zhuǎn)化異常、反饋信號(hào)使用有誤、無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換等問(wèn)題，也沒(méi)有相應(yīng)的修改方案可供借鑒，需要結(jié)合P320、DCS組態(tài)方式自主化設(shè)計(jì)無(wú)擾切換邏輯、優(yōu)化設(shè)定值算法方案，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和保護(hù)控制功能，使之符合汽輪機(jī)控制需要。

通過(guò)對(duì)主DCS中汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)控制操作邏輯的自主化改進(jìn)與實(shí)施，解決了原設(shè)計(jì)中功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)重問(wèn)題。汽輪機(jī)調(diào)節(jié)和保護(hù)控制邏輯可以完全實(shí)現(xiàn)功能，符合汽輪機(jī)控制需要。修改完的邏輯和畫(huà)面在5號(hào)機(jī)非核沖轉(zhuǎn)中得到驗(yàn)證，可以保障5、6號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行需求，對(duì)于同樣使用P320 V3-T平臺(tái)的其他核電機(jī)組，都有著重要的參考價(jià)值。