核电DCS中长信号控制设备的逻辑设计

摘要：由于核电DCS长信号控制设备在一层组态设计时使用标准控制逻辑会产生二层画面显示问题，为了解决该问题，该文通过对标准控制逻辑进行分析、改进及优化，给出长信号控制设备的逻辑设计，该逻辑设计在已实施项目上已经通过测试验证，能够确保长信号控制设备一层组态和二层画面显示的正确性和一致性。

关键词：核电DCS；标准控制逻辑；长信号控制逻辑

中图分类号：TP3

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2017）10-0235-04

1.引言

在核电DCS设计中，一层逻辑与二层画面并非同一个厂家的产品，这就需要双方制定规则，以保证数据通信正确，准确显示所控制设备的状态。但是在最初设计时，往往有一些特殊的信号逻辑未能全面考虑，所以在DCS实施过程中就要灵活处理，以满足设计要求。FOXBORO的I/A系统在核电DCS控制领域得到了广泛应用，经过长时间的积累，其泵、阀、风机等设备的控制逻辑已经形成一整套标准控制逻辑并制作成模板，能适用于大部分控制设备。在项目中经过大量的践发现，这些标准控制逻辑只适用于常见的脉冲型指令控制设备，如遇到特殊的需要长信号控制的设备就要对这些标准控制逻辑上进行改进和优化才能达到理想效果。本文通过与标准控制逻辑比较来阐述长信号控制设备的逻辑设计，为同类逻辑控制设计提供参考。

2.标准控制逻辑设计

2.1标准控制逻辑详细说明

在DCS逻辑组态之前，工程师为不同类型的设备精心设计了大量的标准控制逻辑，这样既可以做到统一管理，也为组态提供了方便，节省时间成本。为了更清楚的说明长信号逻辑与标准逻辑的差异，首先需要介绍一下标准控制逻辑。从控制方式上分，标准控制逻辑中设计了手动控制和自动控制；从优先级上分，保护控制高于手动控制和自动控制，自动控制又高于手动控制。这些控制命令都有个限制条件，也就是开允许和关允许。如图1所示。

一个设备在同一时间只能有一个操作模式，要么手动控制，要么自动控制。从图1中可以看出，在手/自动控制选择逻辑中（B103，B104）使用了一个Rs触发器来实现手/自动控制切换。手动命令需要在系统切换到手动模式下才可以操作，自动命令需要系统切换到自动模式下才能起作用。操作员可以根据实际的运行规程和运行状态来进行操作模式的选择。如启动时先进行手动操作，当设备运行正常时，再投入自动，此时禁止操作员手动干预，设备会通过温度压力等自动连锁信号来执行控制；选择手自动模式时，还可以根据实际状态下的启停条件来设置控制命令的可用性，使其在允许条件存在时手自动启停命令才可以下发。

手动命令有来自于现场就地控制柜的手动信号，也有来自操作员站的控制命令，也就是核电DCS上常说的二层KIC命令。自动命令是根据设备运行的实际工艺需求而设计的连锁启停控制，不需要人为干预。保护命令主要来自于反应堆停堆和安全功能相关指令，因此出于对电站安全保护需求，保护命令优先于手动命令和自动命令。

从启停命令输出来看（B001，B002），输出命令之前的Rs触发器是由开状态和关状态以及开故障和关故障复位的，也就是说当设备完成操作员想达到的状态后自己复位操作命令。不管这个设备启停需要多长时间，最终都会在设备完成动作后复位命令信号，因此可以说这种控制方式就是常见的脉冲控制。

2.2二层KIC画面的显示

以操作员点击启动按钮，到开状态出现并复位开命令为例，二层KIC画面应该收到DCS一层逻辑通过PAKOUT输出块送来的32位编码以显示设备启动成功的状态。如图2所示。

此时INl（开状态）应该是“1”，IN27（开命令）应该是“0”，经与二层KIC设计文件进行查找，可以确认设备状态正确，如表1所示。

3.长信号控制逻辑设计

长信号控制设备所需的控制命令肯定是要长期保持的，这也是区别于脉冲命令控制设备的原因。那么之前介绍的标准控制逻辑是不是就不能使用了，答案是否定的。

长信号控制设备和脉冲信号控制设备都需要设置手伯动控制，也都需要优先级更高的保护控制，这与标准控制逻辑的功能没什么区别，那么我们只需想办法把输出命令（B001，B002）变成长信号即可。前文已经提到之所以输出命令会以脉冲形式输出，是因为输出命令之前的RS触发器被开状态和关状态或开故障和关故障复位掉了，这两组复位信号中我们只能选择屏蔽开状态和关状态来实现把输出命令脉冲信号变成长信号。在实际项目中设计院设计的厨房的排风机逻辑图中明确要求风机控制要使用长信号，如图3所示。

从图3中可以看出开状态和关状态的信号不再送到u块的Bill和B112，u1块的Bill和B112设置为长“0”状态，从而开屏蔽了开状态和关状态复位输出命令的功能。

此时再假设以操作员点击启动按钮开始，到开状态出现为止，二层KIC画面将收到PAKOUT输出块送来的32位编码：INl（开状态）应该是“1”，IN27（开命令）也应该是“1”，同样在二层KIC设计文件中进行查找，但是没有找到这个状态。此时设备处于二层KIC未知的状态，画面上也就不能正确的显示图标。这种设计是不完善的，经过仔细分析，问题出在PAKOUT输出块上，虽然得到了长信号输出，但不应该影响开状态和关状态对送到PAKOUT输出块上的输出命令复位。根据这种设计思想，在PAKOUT输出块之前加入一段逻辑来保证二层KIC显示正确。如图4所示。

新添加的逻辑块中设计了两个RS触发器，开命令（IN27）之前的触发器用开命令置位，用开状态、开故障和关命令复位；关命令（IN28）之前的触发器用关命令置位，用关状态、关故障和开命令复位。这样设计之后下发的命令为长信号，进入二层的数据调整为与标准控制逻辑信号一致，控制逻辑和显示逻辑互不干扰。经过再次用启停设备操作测试，命令下发正常，二层KIC显示也正常，证明组态逻辑优化成功，达到预期效果。

4.结束语

核电DCS系统的标准控制逻辑可以很好地对脉冲控制设备进行控制，能够满足大部分设备的模板化设计，但是遇到特殊要求的设备还需要进行精心设计，来弥补模板的不足和局限性。同时在进一步设计中，不但要考虑DCS对现场设备的控制设计，也要考虑到操作画面的正确性，这样才能做到精准控制和正确显示。