汽轮机调节保护系统在主DCS中控制与操作逻辑的优化与应用

李占华

（江苏核电有限公司 仪控处，江苏 连云港 222042）

0 引言

江苏核电5、6号机组汽轮机调节和保护系统（以下简称P320）采用ALSPA P320 TGC系列产品，P320为自动控制系统，用于实现汽轮机的调节和保护功能，而机组主DCS采用广利核的Hollias-N平台。因此，P320与主DCS之间存在接口，用于实现运行人员在主DCS上对汽机相关逻辑进行操作。大部分情况下，运行人员在DCS进行控制，但当DCS功能不可用时，需要切回P320控制。这就需要在二者切换的过程中做到无扰，否则将影响控制功能的正常实现。

图1 DCS与P320网络结构拓扑图Fig.1 Network topology of DCS and P320

在P320系统调试期间仿真测试阶段，发现主DCS中的逻辑和画面存在重大问题，比如：控制指令无法实现无扰切换、通讯点传输产生乱码及量程转化异常、反馈信号使用有误、画面设置错误等问题。这些问题使得汽轮机调节与保护系统功能在DCS侧无法实现正常控制与显示，出现了汽机无故甩负荷、跳闸等现象，严重影响机组的正常调试和安全稳定运行[1]。

以上问题的产生主要是由于DCS和P320厂家在对通讯站内部参数以及接口部分逻辑组态设计时，未结合汽机侧的控制需求以及不同工况下的实际情况进行考虑，以至于设计上存在严重漏洞。

1 系统简介

P320系统与主DCS系统采用Modbus-TCP进行通讯，其接口部分逻辑主要在主DCS 103号通讯站实现如图1所示。在103号通讯站中设计通讯接口信号时，需要对设备号、数据类型、数据长度、功能码、地址、点类型等参数进行配置，以实现信号的正常传输功能。对于逻辑组态方面，需根据指令和反馈的不同种类、不同形式，选择不同的功能块进行组态，以实现无扰切换功能。此外，画面组态时，也需要根据逻辑组态中选择的功能块，选择对应种类的图符，以实现控制功能。

2 问题描述

通过分析，系统调试测试中遇到的问题主要可以分为以下几类：

表1 通讯点参数设置Table 1 Parameter setting of communication point

1）通讯参数设置有误：出现通讯点传输产生乱码现象。

2）主DCS中逻辑设计有误：无法实现无扰切换、产生量程转化异常反馈信号使用有误等问题。

3）画面设计有误：画面存在可操图符无动态特性、重要控制按钮缺失、布局不合理等问题。

根据以上分析，首先，需要通过分析DCS与P320两侧的通讯参数设置，解决通讯点传输问题；在此基础上，分析P320控制逻辑，修改无扰切换相关组态，实现逻辑控制功能；最后，解决一层与二层不匹配问题，调整画面点名、图符，完善DCS中汽机相关系统画面，实现DCS一层与二层的统一。

3 原因分析及优化方法

3.1 优化通讯参数设置

在对通讯点传输进行测试时，通讯链路已经建立，开关量的点可以正常传输，但模拟量点在传输至DCS时会产生乱码。经过分析，这是由于模拟量点在传输的过程中字节传输顺序不同，造成了错位、乱码。通过研究DCS平台通讯站的设置，修改通讯点的DT项（数据类型）可改变字节顺序[3]。经过调整，将DI、AI、DO、AO点的字节顺序分别按照表1中的设置，可以实现通讯点的正常传输，解决传输过程中产生的模拟量乱码现象。

3.2 优化主DCS逻辑组态

3.2.1 添加量程转化逻辑

对于模拟量通讯点，部分点在采集、显示中使用物理量程，但在内部逻辑运算时却使用百分比量程。这就需要对其量程进行转化，否则将出现量程不匹配问题，严重影响逻辑运算或画面显示。

1）模拟量输入点

对DCS平台而言，模拟量输入通讯点采用ACI（模拟通讯变量处理算法）进行组态，对其内部算法端子FLAG（AV信号输出方式选择）进行设置即可进行量程转化，具体设置方法为：当FLAG设置为0时，AV=AI（不做量程转化）；当FLAG设置为1时，AV=（AI-AIMD）×（MUMD）/（AIMU-AIMD）+MD（进行量程转化）。

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

图3 TW1KCO012KM改造前组态图Fig.3 Configuration diagram of TW1KCO012KM before transformation

2）模拟量输出点

对于模拟量输出通讯点，DCS平台所使用的ACO（输出模拟通讯变量处理算法）不具备量程转化功能。例如图2中的TW1KCO012KM_XZ38，在其组态窗口中，并无实现量程转化的点项，需要通过外搭逻辑实现该功能。

原逻辑中如图3所示，设定值算法块内部运算采用百分比量程，输出的端子MSP直接赋给变量TW1KCO012KM_XZ38。这使得TW1KCO012KM_XZ38的量程也同样为百分比量程，通过在组态中增加逻辑如图4所示，实现了TW1KCO012KM_XZ38由百分比量程（0～114）到物理量程（0～1710）的转化，符合在DCS参与逻辑运算时使用百分比量程，在DCS画面上显示以及通讯传输至P320系统时，使用物理量程的要求。

3.2.2 优化设定值算法

图4 TW1KCO012KM改造后组态图Fig.4 Configuration diagram of TW1KCO012KM after transformation

图5 TW1KCO0124KM改造前组态图Fig.5 Configuration diagram of TW1KCO0124KM before transformation

按原有的逻辑组态，当运行人员在DCS画面上对设定值进行设置时（比如，输出蒸汽流量限制设定值KCO124KM），收到的反馈并非来自P320逻辑的真实反馈，而是其本身下发的指令。这是由于DCS厂家在组态时，直接采用将DCS发出的指令信号作为反馈接入算法块端子的组态方式，如图5所示。这种组态方式不利于运行人员对真实状态的掌控。

为了避免采用此种组态方式带来的误操作风险，在梳理P320与DCS之间的通讯点表以及对P320中的逻辑组态进行仔细研究后，发现如图6中所示的信号5MAY25DP451A_XQ03是P320侧逻辑组态中经过逻辑运算后，真实给出的目标设定值。

在DCS中，使用该信号作为设定值算法的反馈信号如图7所示。经测试，修改完成的组态满足需求，DCS画面中可真实反映P320逻辑中设定值算法实际给出的目标值。对DCS通讯站中，汽机相关设定值算法的反馈信号按如上方式进行梳理，总结为表2。根据表2，对这11个设定值算法块在主DCS中的通讯接口逻辑全部进行修改，经验证均满足要求。

3.2.3 自主化设计无扰切换功能

原有的组态中，对于DCS侧跟踪模式的切换用TW1GRE423SY_XL01（DCS控制模式）以及BUPCONTROL（BUP控制模式）这两个信号实现，如图8所示。但对于更复杂的控制逻辑，例如：MSR二级再热压力控制手动设定按钮GSS815KM如图9所示，需要实现分别在DCS和P320的HMI上，皆可以进行手动/自动模式切换，原有的逻辑组态设计则不能满足要求。

图6 KCO0124KM在P320中组态图Fig.6 Configuration diagram of KCO0124KM in P320

图7 TW1KCO0124KM改造后组态图Fig.7 Configuration diagram of TW1KCO0124KM after transformation

表2 反馈信号对应关系表Table 2 Corresponding relation table of feedback signal

图8 TW1GSS815KM改造前组态图Fig.8 Configuration diagram of tw1gss815km before transformation

图9 GSS815KM逻辑图Fig.9 GSS815KM logic diagram

经过分析，首先，需要解决在DCS侧无法进行手自动切换的问题。原先使用的设定值接口算法TSTP不具备进行手/自动切换的功能，故将该功能块更换为具有手操器功能的接口算法TAMAN。TAMAN适用于模拟量手动调节，具有4种工作模式：保护、跟踪、自动、手动。当FBM=1时，为手动模式；当FBA=1 时，为自动模式；当跟踪开关TSW=1时，进入跟踪状态，AV 跟踪FBMV。结合GSS815KM的逻辑图以及表2，对TW1GSS815KM的指令和反馈信号进行设置，使之在DCS侧可以正常实现手动和自动模式的切换如图10所示。

在P320侧组态中，对于来自DCS和P320 HMI的指令，皆接入手动/自动指令端子AUTO/MANU，可正常通过手动过程指令MANU_P（已接入跟踪开关TC）的变化，实现无扰切换功能如图11所示。但由于DCS的TSW端并未添加手/自动切换相关逻辑，DCS侧无法在切换为手动模式后，正常实现跟踪功能。此时，若仅将DCS中的手动指令/反馈信号（图10中KMM/FBM对应的信号）接入TSW，那么当处于P320控制时，如果将控制模式切换至手动，DCS侧不会随之进入跟踪模式，AV值不会跟踪FBMV。此时，若再将控制权限切至DCS，由DCS切至自动控制模式，则由于反馈信号FBMV存在偏差，无法实现无扰切换[2]。

针对此问题，需要从P320侧取手动控制模式反馈信号，用于DCS侧的跟踪切换。经过分析，在P320组态中，MANU_FBK（手动模式反馈信号）端子的输出如图11所示，可用于DCS跟踪切换逻辑。故取P320送至DCS的通讯点5GSS01DP101_XB80如图12所示，作为TSW的触发条件之一，用以实现无论在DCS还是P320控制权限下，投入手动控制模式时，DCS侧皆可与P320侧同步处于跟踪模式的控制需求。

3.3 调整系统画面

图10 TW1GSS815KM改造后组态图Fig.10 Configuration diagram of tw1gss815km after transformation

图11 GSS815KM在P320中组态图-1Fig.11 Configuration diagram of GSS815KM in P320-1

图12 GSS815KM在P320中组态图-2Fig.12 Configuration diagram of GSS815KM in P320-2

完成对逻辑组态的修改后，对主DCS中汽轮机调节保护系统的画面进行了系统性的优化与改进，对静态文字、点名、图符类型等逐一进行适应性修改，使之与控制逻辑相匹配。

4 结束语

DCS采用的Hollias-N平台，首次采用Modbus协议与P320系统进行通讯。在对通讯参数、通讯点组态等的配置方式上无同行电站可参考，需要根据两侧平台特性，自主研究、配置通讯参数，实现正常通讯功能。

对于由设计缺陷产生的通讯点量程转化异常、反馈信号使用有误、无法实现无扰切换等问题，也没有相应的修改方案可供借鉴，需要结合P320、DCS组态方式自主化设计无扰切换逻辑、优化设定值算法方案，实现汽轮机调节和保护控制功能，使之符合汽轮机控制需要。

通过对主DCS中汽轮机调节和保护系统控制操作逻辑的自主化改进与实施，解决了原设计中功能无法实现的严重问题。汽轮机调节和保护控制逻辑可以完全实现功能，符合汽轮机控制需要。修改完的逻辑和画面在5号机非核冲转中得到验证，可以保障5、6号机组汽轮机稳定运行需求，对于同样使用P320 V3-T平台的其他核电机组，都有着重要的参考价值。