电动门控制逻辑的优化与实现

2021-05-28康延迪

仪器仪表用户 2021年5期

康延迪

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

随着数字化仪控技术的发展和推广应用，DCS也经历了不断改进和应用日益广泛的历程。逻辑控制作为DCS的重要环节，如何稳定、安全、准确的运行是DCS应用中面临的重要问题之一，得到了广泛重视和研究。

秦山第二核电厂（以下简称秦二厂）1、2号机组原集散控制系统（DCS）是国产DCS在核电领域的首次应用，虽然距1975年提出集散控制系统近30年，其DCS系统也已进入第三代，但受限于当时国内技术水平、设计理念以及设备制造水平的限制，DCS的系统网络、控制站逻辑、硬件板卡等方面在系统运行时故障频现。这10余年间进行过多次专项技改，消除了大量安全隐患。由于核电的特殊性，作为DCS系统核心的逻辑控制缺陷一直未进行修改，但最近几年硬件设备故障率及备品备件采购的问题变得尤为突出。在2010年提出了1、2号机组DCS的整体改造，作为DCS系统核心的逻辑控制缺陷也在此次改造中得以完善，其中常规岛全开全关电动门的控制逻辑优化便是其中之一。

图1 原始逻辑Fig.1 Original logic

1 电动门在秦二厂的应用

在电厂中因有大量的蒸汽需要在管道中输送，而蒸汽在输送过程中，由于热量的损耗，会凝结大量的疏水，因而在电厂设计时，管道上布置了很多疏水袋来收集蒸汽凝结的疏水。当疏水袋中液位到达一定值时，便会打开相应疏水阀，收集疏水进行重复利用。

二厂常规岛抽气管道设有气动疏水阀，在其管道旁路设有全开全关式电动疏水旁路阀。当管道疏水袋液位触发一高并延时2s或两高触发时，气动疏水阀打开，液位降至一高消失后，气动疏水阀关闭；当管道疏水袋液位两高触发或气动疏水阀5s内未开启，则电动疏水阀开启，液位降至一高消失，电动疏水阀关闭。由于电动疏水阀对于系统具有保护功能，因而本文主要阐述电动门控制，其控制逻辑如图1所示。

2 常用典型电动门分类

2.1 有中停装置的电动门

带中停装置的电动门在控制逻辑中有2个DI：电动门全开、全关反馈；3个DO：控制现场设备的开指令、关指令、停指令。

开过程：当阀门接到开指令，开命令接通时，阀门具有自保持功能。这时阀门开始动作，当阀门全开反馈信号到位时，将开命令解除，在开的过程中，关命令被闭锁。

关过程：当阀门接到关指令，关命令接通时，阀门具有自保持功能。这时阀门开始动作，当阀门全关反馈信号到位时，将关命令解除，在关的过程中，开命令被闭锁。

图2 顺控模块Fig.2 Sequence control module

表1 测试结果Table 1 Test results

停过程：当阀门在开或关的过程中，如果触发停指令，则电动门解除开、关命令，此时阀门停止动作，处于中间位置，之后既可以接受开指令，使阀门开启，也可以接受关指令，将阀门关闭。

2.2 全开全关电动门

全开全关电动门又称无中停装置电动门，控制逻辑有2个DI：电动门全开、全关反馈；2个DO：控制现场设备的开指令、关指令。开关过程与有中停装置电动门动作过程与方式相同，只是缺少了停过程[1]。

3 秦二厂电动门逻辑分析

3.1 逻辑测试

为了验证控制逻辑的稳定性及准确性，1DCS技改期间在厂家进行了大量离线仿真测试，在测试过程中，模仿现

场工况，依次强制相关信号。为保证测试结果准确、可靠，每次测试只改变其中一个条件，其他条件均正常，测试结果见表1。

3.2 原因分析

由于本文主要从逻辑方面进行分析，因而对于由电动门本体故障导致的阀门拒动或限位开关不到位本文不做分析。而通过上述实验，根据电动门测试结果分析，缺陷可分为两类：一是控制逻辑无法生成指令；二是控制指令丢失。

3.2.1 控制逻辑无法生成指令

对于控制逻辑无法生成指令，根据表1分析主要是由于液位开关故障导致，而对机组的影响主要有以下两方面：

1）阀门开启时，液位不断下降。当液位开关一高正常断开，而两高无法断开时，由于两高闭合触发开逻辑而闭锁关逻辑，使阀门一直开启，无法关闭。当疏水袋中的水全部流出后，蒸汽便经过疏水管道流至疏水扩容器或凝汽器，影响机组的热效率。

2）阀门关闭时，液位不断上涨。当液位开关一高未闭合而两高闭合时，由于一高断开触发关逻辑而闭锁开逻辑，使阀门一直关闭，无法开启。当疏水袋满水后，多余的水将进入抽气管道，对管道及下游设备造成水冲刷，影响设备安全。

3.2.2 控制指令丢失

对于控制指令丢失，根据表1分析主要是电动门动作时间与疏水袋液位变化的时间问题，而根据对机组产生的影响不同，同样分为以下两个方面：

1）DCS触发2s的开阀脉冲时，阀门开命令接通；阀门开始动作并闭锁关命令，阀门在开启过程中，液位持续下降至一高断开，触发2s关指令并送至就地电动门，但电动门在开启过程中关命令被闭锁。因此，关指令丢失，阀门无法关闭。当疏水袋中的水全部流出后，蒸汽便经过疏水管道流至疏水扩容器或凝汽器，影响机组的热效率。

2）DCS触发2s的关阀脉冲时，阀门关命令接通；阀门开始动作并闭锁开命令，阀门在关闭过程中，液位持续上涨至两高闭合，触发2s开指令并送至就地电动门，但电动门在关闭过程中开命令被闭锁。因此，关指令丢失，阀门无法开启。当疏水袋满水后，多余的水将进入抽气管道，将对抽气管道及下游设备造成水冲刷，影响设备安全。

3.3 修改措施

3.3.1 控制逻辑无法生成指令

对于第一类原因，由于是液位开关设备故障导致，而液位开关故障存在很大的随机性，因而会造成控制逻辑无法生成电动门开指令或关指令。在表1中发现，当电动门未开启时，对机组的影响一致；当电动门未关闭时，对机组的影响一致。因此，将开指令与关指令的优先级考虑，转换为对设备安全与热效益的优先级对比。

图3 修改后逻辑1 Fig.3 Modified logic 1

核电作为一个特殊的行业，在逻辑控制上时刻以安全出发，失去安全就丧失一切。因此，在以设备安全的前提下，提出了如图3所示提升阀门开优先的逻辑修复方案1。

在此次修复中，主要是提升了开阀的优先级，即在开指令ON中引一路至PSON：核岛保护开指令（优先级高于开指令ON），当一高断开而触发关逻辑，两高闭合后，可以通过PSON触发开逻辑。同时，添加一高断开而两高闭合的报警逻辑，提醒运行人员。通过此次修改可以有效控制疏水袋中的液位稳定，提高了系统设备的安全性。

3.3.2 控制指令丢失

对于另一类原因，由于命令丢失的主要原因是时间问题，在不改变电动门及疏水袋的前提下，可认为疏水管道的流通能力恒定。为了解决控制指令丢失问题，提出了延长控制指令的脉冲时间和推迟控制指令触发时间两种方案。

如果使用延长控制指令脉冲时间的方式，主要有以下几个难点：

1）每一个电动门的开启关闭时间不同，需要逐个收集，数据量大且收集困难。

2）修改逻辑时，需要逐个修改，易出错，DCS工程实施困难。

3）每个周期电动门的开启、关闭时间都有微小差别，需要定期修改，DCS工程维护工作困难。

4）每次修改后，工作中使用的逻辑图纸需要升版，后期图纸维护工作困难。

如果使用推迟控制指令触发时间，则可有效避免以上问题的出现。因此，提出了如图4所示第二种修改方案。

在此修复中，在顺控模块后增加RS触发器，顺控模块输出指令作为S端输入，阀门反馈与相反顺控指令取或后作为R端输入。当Q1端控制指令发出后，直到R端输入为1时，Q1端指令消失。有效避免了阀门控制指令的丢失，不仅提高了系统设备的安全性和系统热效率，也降低了改造成本[2]。

图4 修改后逻辑2 Fig.4 Modified logic 2

表2 RS触发器真值表Table 2 RS trigger truth table

4 修改后的逻辑验证

为了验证其可靠性，在1DCS改造工厂测试期间，通过模拟现场工况反复进行了大量仿真测试，测试结果见表3。

在测试中，对表1全部工况进行了大量重复性验证，DCS输出结果稳定、可靠，对于因液位开关故障导致的控制指令无法生成，得到有效控制；对于因电动门动作时间长而导致的控制指令丢失现象全部消除。从表3的测试结果表明，修改后的逻辑不仅未对原有控制造成影响，而且消除了管道冲刷问题并提高了热效率。

5 现场实施

由于常规岛电动门包含疏水旁路阀以及各管道隔离阀，而常规岛电动隔离阀的控制逻辑不涉及液位开关问题，因而在现场实施时主要分3步进行：

1）在1DCS技改期间，根据修改逻辑1对1号常规岛所有电动疏水阀逻辑进行修改。

2）在D112大修期间，根据修改逻辑2对1号常规岛所有电动门逻辑进行修改。

3）在2DCS技改期间，根据修改逻辑1对2号常规岛所有电动疏水阀逻辑进行修改；根据修改逻辑2对2号常规岛所有电动门逻辑进行修改。

表3 验证逻辑测试结果Table 3 Verify logic test results

在1DCS改造完成后，通过现场真实工况，对第一步修改进行了大量验证，结果表明：修改逻辑1方案完全消除了因液位开关故障导致的设备安全问题。

对于此问题的成果处理，究其根本是找到了其根源所在。通过修改逻辑来解决问题，由于其成本较低，施工较简单，经常出现于现代工业控制系统中。而当控制逻辑无法解决时，则需另寻解决问题的方法。其中，将全开全关电动门更换为有中停装置的电动门，通过主控操作对其进行有效控制，此方法在大连红沿河核电站以及广西防城港核电站中也有良好应用[3]。