DDC控制技术在核电站空调中系统的应用及调试技术研究

摘 要：文章简要介绍DDC控制的功能特点和在岭澳核电站通风空调系统中的应用情况，通过介绍DDC控制系统的调试方法及在调试过程中出现的常见问题及处理方法，以对后续核电项目通风空调系统调试提供指导。

关键词：DDC控制；核岛通风空调；调试技术；应用

中图分类号：TU813.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0003-04

DDC控制技术在民用建筑中比较常见，多用于楼宇自动控制方面，尤其是中央空调系统的自动控制，控制手段灵活并且管理方便。在核电通风领域，该技术目前主要是应用于电加热器、冷水阀以及加湿器等终端设备方面的控制。本文主要介绍DDC控制技术在调试技术中的应用，以及调试期间发现的问题，并通过DDC控制技术在核电的实践应用以及经验反馈，为后续推广和应用提供借鉴。

1 DDC控制简介

1.1 DDC控制器的概念

DDC（Direct Digital Control）直接数字控制器，通常称为DDC控制器。DDC控制系统的组成通常包括现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等终端元器件。

1.2 DDC工作原理介绍

DDC控制器是系统实现控制功能的关键部件。它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通道（DI）采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号（A/D转换），然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号（D/A转换），并通过模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控制设备的运行。控制原理图，如图1所示。

1.3 DDC支持软件介绍

DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上；自检软件用于保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修；以上两种软件不需要现场人员进行修改。应用软件是针对各个设备的控制内容而编写的，因此这部分软件可根据管理人员的实际需要进行一定程度的修改，它通常包括以下几个主要功能：

1.3.1 控制功能。

提供模拟P、PI、PID的控制特性，有的还具备自动适应控制的功能。

1.3.2 实时功能。

使显示器上的时间永远与实际标准时间一致。

1.3.3 管理功能。

可对各个通风设备的控制参数以及运行状态进行再设定，同时还具备显视和监测功能，另外与DCS可进行各种相关的通讯。

1.3.4 报警与连锁功能。

在接到报警信号后可根据已设置程序联锁有关设备的启停，同时向DCS发送报警。

1.3.5 能量管理与控制。

主要是运行控制（自动或编程设定通风设备在不同时段的启停时间和运行台数）。

评价一个DDC控制器的功能主要看其容量和配套的软件。DDC控制器的容量是以其所包含的控制点的数量来衡量的，即其可接受的输入信号或可发出输出信号的功能和数量。也就是说其有几个模拟量输入点，几个开关量输入点，有多少个模拟量输出点和多少个开关量输出点。点数多少是评价一个DDC控制器的重要指标，一般来讲点数越多表明其功能越强，可控制和管理的范围越大。

2 DDC控制在岭澳核电通风系统中的应用

DDC控制器是DDC控制系统的中枢。产品种类繁多，有西门子、江森、霍尼韦尔等多个生产厂商。通风系统根据系统设计需求，结合DDC控制器功能特点以及应用范围，选择了江森的FX06与FX15两种控制器进行设备控制。以下就FX06与FX15两种控制器的功能特点和在通风系统中的实际应用进行介绍。

2.1 控制器的功能与特点

2.1.1 FX06控制器

FX06控制器是一个高性能控制器，具有16位的微处理器。有16个I/O点，分别是4 个模拟量输入（AI，可选择0～10 V转换器，4～20 mA转换器）、5个数字量输入（DI）、6个数字量输出（DO）以及1个模拟量输出（AO，0～10 V）。通过显示界面可以显示状态信息，显示并修改设定值以及显示报警等。同时FX06也可以完全按照客户的控制要求、控制器的I/O点数而编制合适的操作程序。

FX06通常可以提供两种联网通讯卡，即使用LONMARKTM和N2O pen通讯协议，并可做为FX15的从属控制器。

2.1.2 FX15控制器

FX15控制器是一种高性能的可编程控制器，16-bit。提供26个或27个I/O点，提供0～10 V或4～20 mA或电阻输入，可以带4组XT/XP。通过插入式通讯卡与中央控制系统联网，可有两种不同的通讯协议的通讯卡可供选择，即LONMARKTM和江森N2Open等协议。实时时钟功能，可在下位机编程中规划一周之内的控制程序

2.2 控制器程序的编制说明

根据被控设备，控制参数以及控制方式的不同可将控制器的程序分为A、B、C、D、E、F六种。下面对这几种程序的应用进行简单的介绍。

2.2.1 程序A

主要应用于FX15控制器，被控对象包括电加热器、冷水阀以及加湿器，控制参数主要是温度和湿度。

编制说明：温度主要通过电加热和冷水阀控制，湿度使用加湿器加湿、使用冷水阀除湿。由于冷水阀既有降温、又有除湿的特性，所以系统PID调节必须从冷水阀开始，解决冷水阀的控制需求，才能保证系统得稳定性。

具体步骤如下：

①当温度低于设定值时，根据PID计算相应开启电加热，使室内温度升高。②当湿度低于设定值时，根据PID计算相应开启加湿器，使室内湿度提高。③当温度低于设定值，且湿度高于设定值时，根据温度、湿度需求分别开启电加热升温、冷水阀除湿。④当温度高于设定值，且湿度低于设定值时，根据温度、湿度需求分别开启冷水阀降温、加湿器加湿。⑤当温度低于设定值，且湿度高低于设定值时，温度、湿度分别通过PID计算得出冷水阀的控制需求，然后进行比较，按控制需求大的执行。这样就会使得需求小的状态量的值变小（即冷水阀按温度量执行，就会使除湿过度；按湿度量执行，就会使温度过低）。解决方法是相应开启加湿器补偿湿度、开启电加热补偿温度，从而达到系统得平衡。

2.2.2 程序B

主要应用于FX06控制器，被控对象是冷水阀，控制参数主要是温度。

编制说明：当温度高于设定值时，根据PID计算相应开启冷水阀，使室内温度降低。

2.2.3 程序C

主要应用于FX15控制器，被控对象是可调节功率的电加热器，控制参数主要是温度。

编制说明：当温度低于设定值时，根据PID计算相应开启电加热，使室内温度升高。在电加热器投入过程中，根据温度与设定值的差值，电加热器可调节输出功率。当温度高于设定值时，关闭电加热。

2.2.4 程序D

主要应用于FX15控制器，被控对象是不可调节功率的电加热器，控制参数主要是温度。

编制说明：当温度低于设定值时，根据PID计算相应开启电加热，使室内温度升高。在电加热器投入过程中，不可调节输出功率。直到当温度高于设定值时，关闭电加热。

2.2.5 程序E

主要应用于FX15控制器，被控对象是冷水阀和风阀，控制参数主要是温度。

编制说明：根据系统运行工况调节风阀的开度，当温度高于设定值时，进行PID计算开启相应冷水阀，使室内温度降低。2.2.6 程序F：

主要应用于FX15控制器，被控对象包括电加热器、和冷水阀，控制参数主要是温度。

编制说明：当温度低于电加热器设定值时，根据PID计算相应开启电加热，使室内温度升高。在电加热器投入过程中，根据温度与设定值的差值，电加热器可调节输出功率。当温度高于电加热器设定值时，关闭电加热。当温度继续升高，达到且高于冷水阀设定值时，根据PID计算相应开启冷水阀，使室内温度降低。

3 DDC控制系统的调试

3.1 DDC终端控制设备调试

3.1.1 调节阀的调试

调节阀的调试主要包括静态和动态调试两部分。

静态调试包括机械检查和电气检查。机械检查主要检查阀门的安装位置和设备的完整性，电气检查主要检查阀门的电气接线是否正确。

动态调试包括手动调节和自动调节。手动调节主要验证阀门的开启与关闭是可用的，而自动调节则是验证阀门在接收到控制信号后能及时开启或关闭阀门。

3.1.2 加热器的调试

电加热器的调试主要包括电气检查以及逻辑控制验证。电气检查包括接线检查，相间阻值测量，对地绝缘测量。

逻辑验证主要验证在正常情况下，电加热器始终运行，以下信号：温度高报警、风机流量低报警、电气故障触发后能否联锁电加热器停止。每个报警量动作后都会被保持（除流量低信号，流量低信号只延时10 s后接通），直到通过相应的确认按钮复位后才可以恢复。其中温度高故障必须通过温度故障确认按钮复位后，才能恢复正常，其它报警量都通过控制柜面板上故障确认按钮复位。

3.1.3 仪表的调试

仪表的调试主要包括仪表静态检查，接线检查以及信号验证。静态检查主要是检查仪表的型号是否符合要求，动作开关是否良好，触点是否松脱。

接线检查主要是检查仪表与控制柜的接线是否正确与良好，以及仪表内部接线是否误将动作信号接至电源信号。

信号验证主要是验证仪表显示是否正确，误差是否在精度要求范围内。

3.2 通信网络的调试

主要包括通道连续性检查和模拟量通道的调试。其中通道连续性检查是通过检查、调整来确保各终端设备和控制器件通道对应的准确性和唯一性；而模拟量通道调试，根据电信号和仪表量程的对应关系，使用信号发生器，模拟出不同的电信号，检查通道传输的精确度。

3.3 DDC控制器及配套控制柜的调试

主要是检查工作柜内部控制器的接线是否良好以及显示界面是否正常，上传程序，按照定值手册进行设置等内容均无。

3.4 应用软件的验证及调试

3.4.1 应用软件的验证

根据系统逻辑图编制的调试验证程序，逐一核对，确保组态与设计逻辑的一致性，如图2所示。

下面以控制箱4DVL104AR的调试为例介绍。

4DVL104AR主要用于控制冷更衣室的温度调节，如图2所示，主要包括以下几方面：①温度传感器104 MT，检测房间温度，并反馈给控制器104 RG；②温度传感器105 MT，检测008 RF下游空气温度，并反馈给控制器105 RG；③控制器104 RG，接收104 MT输入信号，与设计定值进行比较后，通过调功器104 VW调节104RS功率；④控制器105 RG，接收104 MT输入信号，与设计定值进行比较后，对008 VD输出指令，调节阀门开度；⑤表冷器冷水调试阀008 VD，接收控制器105 RG输出的指令，按照指令进行开度调节；⑥调功器102 VW，接收控制器104 RG输出的指令，按照指令调节输出功率；⑦电加热器104 RS，接收调功器输出功率。

3.4.2 主要调试过程

①首先进行控制器、电加热器、水阀以及仪表的静态检查，电气检查、信号验证以及手动状态调试等设备单体调试工作。②检查机柜内部接线与设计文件的复合性，特别是机柜内部的常开常闭继电器输入输出点的正确性，以及接线是否牢。③将DVL104AR的上游电源送上，然后闭合控制柜内部的所有电源开关。此时控制柜内部照明灯点亮，同时通过控制器界面可以看到有四个菜单，分别是：Home界面（开机主界面）、Input界面、Output界面以及Set_P界面。④设定动作定值，将水阀设置在自动状态。当模拟温度信号，使其低于电加热器设定值，根据PID计算相应开启电加热，控制柜面板上灯亮，使室内温度升高。在电加热器投入过程中，根据温度与设定值的差值，电加热器可调节输出功率。再模拟温度信号，使其高于电加热器设定值，关闭电加热，相应的灯灭。继续模拟温度高高信号，使其达到且高于冷水阀设定值时，根据PID计算相应开启冷水阀，使室内温度降低。随后模拟温度低信号，使水阀自动关闭。期间的水阀和电加热器的输出均可以在Output界面中查询。⑤根据设计的逻辑验证各种情况下加热器是否正常启停，以及相应的报警是否出现。例如在加热器运行时，模拟流量低信号，检查面板上是否存在流量低报警，加热器是否停运，控制柜故障报警是否触发。在加热器投运后，强制取消温度高停运信号，检查加热器能否保护停。⑥验证所有逻辑均合格后，取消模拟信号，根据设计文件设定动作定值，然后断开所有电气开关。

4 调试过程常见问题及处理

4.1 电加热器故障

4.1.1 问题1描述

正常情况下，当电加热器接受到流量低（作为判断风机未启动的依据）信号、电气故障（电气盘柜未送电或控制柜内部开关未合闸）以及温度高信号后会联锁停，同时会触发电加热器所在控制柜故障信号送至主控室。

但是大多数通风系统中设备多是互为备用的，所以正常情况下，备用列风机以及相应的电加热器也是处于备用停运状态，此时根据电加热器的逻辑，主控室会收到控制柜故障信号，也就是电加热器处于正常停运状态时也会触发故障报警信号，而且该信号无法在就地以及控制室消除掉，同时主控室无法判断该信号的真实性。

分析与解决：电加热器逻辑设计错误，取消电加热器停状态作为控制柜报警的条件，引用触发电加热器停的信号作为故障报警的条件。

4.1.2 问题2描述

控制柜面板始终存在温度高高报警，即电加热器温度保护信号，且当电加热器处于停运状态时都无法消除。

分析与解决：由于电加热器选用的温度保护仪表动作后必须通过在仪表上的红色旋钮才能复位信号，所以导致该型号无法在控制柜面板上复位。

4.1.3 问题3描述

当温度低于设定温度后，电加热器投入运行，不久后电加热器烧毁。

分析与解决：打开控制柜发现，由于内部控制线接线松脱，电加热未收到温度高停运信号导致电加热器过热烧毁。通过重新紧固接线端子以及更换加热器后解决。

4.1.4 问题4描述

电加热器的实际输出功率与反馈有偏差

分析与解决：由于输出功率在进行信号转换的时候会出现偏差，可以通过控制柜内的温度补偿器进行修正。

4.2 冷水阀故障

4.2.1 问题1描述

冷水阀可以接收毫安信号和伏特信号作为控制信号，岭澳二期多用伏特信号作为控制信号。在控制柜输出伏特控制信号后，阀门无法动作。

分析与处理：打开阀门接线盒后发现，阀门内部接收的是毫安信号。将阀门内部的毫安信号和伏特信号旋拨放置在伏特信号后解决。

4.2.2 问题2描述

冷水阀的开启和关闭根据采集的温度信号来调节，由于采集到的温度信号始终显示为上千摄氏度，导致冷水阀始终处于开启状态。

分析与处理：查看温度仪表的型号，发现与控制柜要求型号不一致。通过更换仪表信号后解决该问题。

4.2.3 问题3描述

冷水阀接收开启信号后，阀门未开启。

分析与解决：打开阀门接线盒后，先检查阀门信号类型旋拨是否处于伏特信号，发现正常。接着检查阀门接线，发现阀门有三线制与四线制，岭澳二期大多数阀门属于三线制，而施工单位误将控制信号线接至供电信号端子，导致阀门无法正常动作，修改接线后解决该问题。

4.3 仪表故障

4.3.1 问题1描述

壁挂式制冷剂变送器信号不稳定，有较大波动。

分析与解决：首先判断是否有干扰，检查线路及仪表工作环境确定干扰源，经查无干扰；其次检查电缆接头处是否虚接，发现有虚接，固定解决。

4.3.2 问题2描述

微差压控制器达到定值后不动作。

分析与解决：首先检查定值是否正确，触点接触是否不良，开关是否损坏，经查定值正确，接触与开关均良好。其次检查压差管线是否有泄漏或堵塞，经查发现高低压侧管线接反，修改后动作正常。

4.3.3 问题3描述

温度传感器无阻值。

分析与解决：首先检查是否断线或传感器损坏，经查传感器故障，更换后解决。

4.3.4 问题4描述

温度/流量开关接收信号后无动作。

分析与解决：首先检查定值是否正确，触点接触是否不良，开关是否损坏，经查定值正确，接触与开关均良好。其次检查接线是否正确，经查发现接线错误。因为设计将1，3#线芯号作为NO点输出，而安装单位认为1，3#端子指的是开关内部的端子号，导致接出的信号无法动作，实际上开关内部端子排的2，3#端子为NO点，将接线重新调整后解决。

5 结 语

通过对DDC控制技术在核电通风系统的应用的发现，DDC控制技术具有控制方式灵活多样的特点，能够较好的实现核电站通风系统的运行控制。但是DDC控制设备依然存在一些问题，本文通过介绍调试方法、过程和发现的问题，旨在对从事设计、采购、调试、运行维修等相关从业人员提供参考，以期DDC技术应用系统在核电站中安全稳定运行和DDC控制技术在后续项目得到应用提供参考，进一步提高电站的安全运行水平。

参考文献：

[1] PKX42EOM002X2AA45SS，阀门维修程序[S].

[2] FX06/15，控制器产品说明书[S].