浅谈先进的p32代分散控制系统在常规岛的应用

浅谈先进的p32代分散控制系统在常规岛的应用

岭澳核电站（以下简称“二核”）是广东省第二个核电站，也是广东核电集团在广东省建设的继大亚湾核电站（以下简称“一核”）之后的第二个核电站。在大亚湾核电站旁边，每台机组的容量为4900吨，有两台机组。核岛由法国法马通公司设计和设备供货,常规岛由法国阿尔斯通公司设计和设备供货。控制室的布置保留一核的设计模式,采用常规仪表、操作设备作为运行人员的主要监控手段;采用单独的数据采集系统KIT、光字牌报警系统KSA和模拟屏(Mimic)作为监视手段。岭澳核电站在不增加投资的基础上,采用P320系统的过程控制单元CONTROBLOC实现一核常规岛大部分继电器(大约60%以上)、GEM80可编程控制器和全部的BRISTOLBABCOCK调节模件完成的几乎所有的模拟和逻辑控制功能。汽机调节系统是一套单独的微机二级调速系统,随主设备供货。1p2p20分散控制系统P320分散控制系统是阿尔斯通公司于90年代初研制投入使用的分散控制系统,其前身是T20。P320分散控制系统已较广泛地应用于常规电厂、联合循环电厂、水电站、核电站和变电站。目前在中国的火电厂中,主要应用于珞璜电厂(4×360MW)和广西来宾电厂(2×360MW)。岭澳核电站是国内第一个常规岛采用分散控制系统的核电站,是P320分散控制系统第一次应用于中国的核电站,也是P320控制系统第一次应用于新建的核电站。P320分散控制系统的概貌见图1,共有两层三网,即Centralog集中控制层和Controbloc过程控制层;Contronet监控网,F900单元网络和Locafip现场总线。此外,尚有计算机辅助软件设计工具Controcad,计算机辅助软件测试平台Controtest。在岭澳工程项目中,主要应用了C370多功能控制器、CE2000I/O控制器和I/O模块等组成的Controbloc过程控制单元。每台机组还配置了现场组态维护工具P4,主要用于Controbloc过程控制单元的现场组态、程序和数据的下载、在线监视、安装和日常维护等功能。2多功能控制器的组成P320系统的过程控制单元功能结构图见图2。一个过程控制单元(机柜)由2个互为冗余备用的多功能控制器C370、3排CE2000I/O控制器、I/O模块及相应的电源组件组成。机柜内部通过Locafip现场总线实现C370和CE2000I/O控制器之间的数据通讯,单元(机柜)之间则通过F900网进行数据实时交换。2.1控制器task任务C370是Controbloc过程控制单元的CPU,由多处理器单元UT120、程序储存模件AM118、通讯管理模件UT123,F900网络通讯接口模块S317、Locafip现场总线接口模块S316、监视器模块S251和电源模块组成。UT120具有双处理器和多任务结构,其中一个处理器为32位带浮点协同处理器,负责执行控制器二进制运算功能和控制回路程序;另一处理器则负责控制器启停程序备份、内部运行检测和监视、中继管理和编码、控制器与现场组态维护工具P4及手操器之间的通讯、日期和时间管理等功能。控制器的运行方式是以task(任务)为基础,P320系统的task分为系统、逻辑、调节和测量四类,执行优先级别以前者高,执行周期亦以前者短。基本执行周期为50ms(如系统task),其他task的执行周期是基本执行周期的整数倍。在岭澳项目中,系统task执行周期为50ms,逻辑控制的处理周期为150ms和模拟控制的处理周期为300ms。由于P320系统的测量task数据专用于Centralog监控层,而岭澳工程没有应用P320系统的监控层,所以不存在这一task。P320系统有几种电源模块,可以把200VAC或48VDC输入电源转换成5VDC和12VDC控制器工作电源。岭澳项目采用双回路的48VDC作为P320系统的输入电源。2.2i/o及p20系统CE2000由UT129处理单元和CE2000I/O模块组成。CE2000既可以单独远程安装,也可以集中安装在机柜内。UT129模块由33MHz的68020微处理器、1Mb的REPROM、512kB带备用电池的RAM及相应的通讯接口、通讯控制器和计时器等组成。在岭澳项目中采用的I/O模块有:16点开关量输入卡LE108;16点开关量输出卡LC106(无源输出);8点高电平(4～20mA)模拟量输入卡AH115;8点模拟量输出卡AH111和双通道模拟量执行机构输出卡AS112,AS112可带4个M/A模拟控制站。P320系统的M/A模拟控制站分为设定站(RPC)和手操站(RCM)两类,岭澳核电站只采用了手操站,重要的安装在集控室,其余的安装的现场,以便于现场检修、调试操作。由于岭澳核电站的温度测量仍保留一核的设计模式。采用CT卡(一种温度变送器)将温度转换成4～20mA信号后统一输入P320系统,因此没有采用P320系统的热电偶和热电阻I/O卡。3fip通讯技术P320系统的Controbloc过程控制层有两种局域网:一种是实时数据高速通讯网F900;另一种是现场总线Locafip。F900网连接过程控制单元与监控层(通过网关服务器实现)及控制器间的通讯,是总线型双冗余实时数据网,采用Worldfip通讯技术和Sycoway通讯协议,传输速率为1Mb/s(最高可达2.5Mb/s),最多可接64个节点(站)。采用双绞线标准传送距离为1km,使用光纤网络最长可达7km。通讯控制方式采用总线仲裁器。由于F900网运行在分散式数据库基础上(再现过程变量实时状态的数据库分散到各个控制器和I/O设备上),所以F900网在负载高峰期具有很好的抗过载能力。Locafip现场总线连接C370多功能控制器和CE2000I/O控制器,实现其间的数据通讯,采用基于EN50170通用现场总线标准的Worldfip标准,双重冗余结构,传输介质为双绞线,通讯方式采用总线仲裁器,最多可接256个节点,传输速率为1Mb/s,传输标准距离为1km(采用双绞线),使用光纤及其适配器时最长可达7km。4主、副产物保护系统P320系统在岭澳核电站常规岛实现的功能有4类:保护功能(CH.1和CH.2)、逻辑控制、模拟控制和信号处理(至KIT、KSA、MIMIC等系统)。每台机组共有10个机柜,两台机组共用的公共辅助系统只有1个机柜(9KCO201AR),挂在1#机组的F900网上。这些机柜按控制功能分类,其中2个机柜用于常规岛的模拟控制,其余均为逻辑控制柜。岭澳核电站常规岛每台机组的I/O点数为3628点,其中:DI为1269点,DO为2122点,AI为145点,AO为92点。在这10个机柜中,2个模拟控制柜1KRG201AR和1KRG202AR覆盖了常规岛除了汽机调节系统外所有的模拟控制系统。逻辑控制有8个机柜,其中3个机柜(1KCO201AR、1KCO202AR和1KCO203AR)用于保护和顺序控制;其余5个机柜则用于汽机岛主要辅助系统的逻辑控制。除了主厂房常规岛系统外,P320还应用于下列公共系统:热水生产和分配系统SES、化学试剂注射系统SIR等。P320的控制功能不涉及电气部分。岭澳核电站常规岛的大部分控制保护功能采用P320系统实现,包括大部分逻辑控制(超过60%)和全部的模拟量控制,只有下列功能仍保留继电器硬接线方式实现:(1)汽轮发电机保护和主给水泵保护;(2)电气接口;(3)核岛/常规岛接口;(4)公共辅助系统(BOP)/常规岛接口;(5)用于驱动电磁阀的中间继电器;(6)主电动阀与其旁路阀间的联锁;保护设备免受损坏的联锁也属于保护系统,其余的联锁则属于逻辑控制。对于一些重要的系统,联锁保护功能由两个冗余的独立的回路实现。这两个回路从信号源到保护信号的输出都是互为冗余、相互独立的,这两个独立的保护回路分布在不同的机柜控制器实现。这些系统的设计主要取决于其对汽机安全的影响以及是否直接威胁到机组的安全运行。而对于有些系统,只有1个回路实现保护功能,如凝结水系统CEX。具有双通道的保护系统对执行机构的控制方式如图3所示。保护系统的两个回路任一保护运作,均能使执行机构紧急保护运作,确保系统在事故发生时处于安全位置,这样执行机构不会发生拒动现象。保护系统的两个回路允许条件都必须满足时才能正常启动或停止执行机构,这样在执行机构正常运作前确保保护系统的两个回路均处于正常状态,也保证了执行机构不会发生误动现象。控制开关的运作代表运行人员的人工干涉,也常常设计在两个回路里。具有双通道联锁保护功能的系统有:汽机保护系统GSE、汽机旁路系统GCT、蒸汽及疏水系统GPV、发电机氢气供应系统GRV、定子冷却水系统GST、低加系统ABP、除氧器系统ADG、高加系统AHP、凝结水系统CEX、汽水分离再热系统GSS、循环水系统CRF等。逻辑控制分为3部分:顺序控制、逻辑控制和联锁。岭澳核电站常规岛具有顺序控制功能的系统主要有:汽水分离再热系统GSS、汽动给水泵系统APP、电动给水泵系统APA、给水泵汽机疏水系统APU和凝汽器抽真空系统CVI等。这些系统中有些顺序控制过程还需要人工干涉,如主给水系统。常规岛中的主给水系统和汽机旁路系统显得比较重要,除了执行驱动级在常规岛侧实现外,主要的控制指令来自于核岛。岭澳核电站常规岛的模拟控制除了汽机调节系统外全部在P320系统实现。每个控制回路均带有一个M/A手操站,有些重要系统的手操站安装在主控制室,如:汽水分离再热系统的抽汽再热器入口压力控制、汽机轴封蒸汽压力控制、除氧器压力和水位控制、蒸汽转换器除氧器水位控制,其余系统的M/A手操站则安装在现场。这些M/A手操站没有设定功能,只能输出人工操作指令,并必须经过AS112卡输出,所以对于重要的模拟控制回路,AS112卡应冗余设置。主要的模拟控制有:热再热汽温度控制、汽水分离再热器疏水箱水位控制、汽水分离再热系统的抽汽再热器入口压力控制、除氧器压力控制、除氧器水位控制、凝汽器水位控制、凝结水泵再循环控制、高低加水位控制、低加疏水箱水位控制、蒸汽转换器水位控制、蒸汽转换器除氧器水位控制、汽机轴封蒸汽压力控制、给水泵汽机疏水箱水位控制、汽机润滑油温度控制、发电机密封油温度控制等。P320系统还用于监测、报警的信号处理。作为运行人员主要监视手段的数据采集系统KIT、顺序事件记录系统KKO和光字牌报警系统KSA的很多信号均来自P320系统。由于除了常规岛控制外,其他很多系统均采用常规控制设备实现控制功能,所以P320系统与其他控制系统及监视系统间存在着大量的接口信号,这些信号的连接均采用硬接线方式进行。由模拟量信号产生的跳闸保护信号、大量的联锁信号、综合报警信号等的产生和信号扩展都在P320系统实现,再分别送到硬接线继电器保护系统(如汽机保护系统和给水泵保护系统)、接口继电器柜(如NI/CI、CI/BOP接口)、独立的控制系统(如GRE)、KIT、KSA、KKO、MIMIC以及就地报警或指示等。这部分功能在P320系统中占据了比较大的比例。5汽机调整速控制系统通过对P320系统及在岭澳核电站常规岛的应用的学习及编程实践发现,P320系统与一些先进的分散控制系统在某些地方尚存一些差距,在应用设计中也存在着一些不足之处。(1)在岭澳项目里,由于主控制室没有应用分散控制系统的过程监控层,远没有发挥出分散控制系统作为先进的过程监控手段所具有的强大功能。核电站的自动化水平主要取决于核岛的控制和保护设备,只有这些设备采用了先进的数字化系统,全厂才有可能实现一体化的全数字化控制,主控制室才有可能过渡到采用以CRT/KB为主要监控手段代替传统的常规仪表操作设备,实现质的飞跃。(2)岭澳核电站常规岛控制除了P320外,虽然还有不少系统采用了数字化控制,如KIT系统是采用SEMAGROUP公司提供的ALPHASERVER4100型计算机为基础的数据采集与处理系统,汽机调整速系统GRE是ALSTHOM公司提供的以微处理机为基础的数字功频电液调节系统,有些就地控制盘采用了PLC完成程序逻辑控制,如凝结水精处理、凝汽器循环水入口滤网定期清洗控制等,但这些数字化的控制系统间的数据通讯却通过硬接线进行,大大增加了主厂房的电缆数量,也浪费了大量的硬件资源。(3)在P320系统里,属于工程师工作站范畴的功能设备分为3部分:a.用于应用软件设计的Controcad;b.用于Centralog监控层组态的CCC;c.用于Controbloc过程控制单元的现场组态维护工具P4。这三部分功能要在不同要求的硬件设备上实现(软件也不一样),如果用户需要,还必须分别采购。这些同属于工程师站的功能过于分散,不便于用户维护管理和使用。对于岭澳核电站,每台机组ALSTOM只配置了一台P4用于日常维护,不便于日后的系统优化,最好增加Controcad工具。(4)在P320系统的模拟量控制里,M/A站有两类:设定站(RPC)和手操站(RCM)。在设定站,可以手动设定模