仪表控制系统基本概念讲稿

SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC岭澳二期仪表控制系统调试基本概念调试部技术管理处质控科唐必辉SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.1热工测量基本知识9.2热工测量基本原理9.3热工测量通道9.4过程控制9.5典型的核电站控制系统9.6反应堆保护系统9.7控制棒控制系统9.8堆外中子通量测量系统9.9RIC系统9.10汽机控制保护系统9.11DCS系统介绍9.12DCS及仪控系统调试SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.1热工测量基本知识•测量是利用某种工具并以试验或计算的方法获取被测参数数值的过程热工测量是热力生产过程中各热工参数的测量技术（热工测量技术原则上是指对压力、温度等热力状态参数的检测，但在伴有热力过程的各类生产中，还常包括流量、料位、成分、振动和转速等参数的测量）。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.2热工测量基本原理•电气测量•温度测量•压力测量•液位测量•流量测量•转速测量•位置测量•振动测量•在线仪表SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•测量通道的组成测量通道是指用于工业测量中的产生、传送信号所使用的全部设备,包括：敏感元件变换元件传递元件显示元件9.3热工测量通道SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•常用测量信号类型电流：常用于测量中的电流信号是在4-20mA间连续变化的电流。电压：这是一种电压值随用户而变的电压信号。1-5V用于控制；0.2-1V用于记录表和指示表；100-500mV用于工业计算机。电阻：常用的温度探头由铂电阻(0℃时为100Ω)构成。小信号放大器或转换器测量传感器电阻并将这转换为在强度上成正比的大信号(通常是4-20mA)。为了消除电缆电阻所产生的误差而通常使用三线制或四线制热电偶：具有结构简单、测量范围宽、准确度高、热惯性小、输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•测量通道的试验方法传感器的试验及调整目的是使测量输出信号的变化与输入物理量的变化相对应。调整分三步进行：1、模拟传感器所要测量的物理量的值。2、该物理量的值必须能被精确的仪表来测量，该仪表也能用精确的装置来测量输出信号。3、调整输出信号使其与为输入信号相对应的物理量的值加上或减去允许误差值。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC对传感器的调整需要考虑以下几个方面的变量:•被测物理量的范围，这些是由它的最小、最大和额定值（在正常至满功率运行时所达到的值）来表征的；•传感器可测量范围，测量范围比被测物理现象范围要大；•传感器的物理量程，这是在传感器刻度范围内能被调整的最大物理量程（或是开、关传感器的阈值）。这个量程是由制造厂商规定的，包括了由用户所选定的调整的范围；•传感器调整的值，这些值等于所选定的测量范围。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.4过程控制过程控制常用术语•被调量（被控制量）：表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量，例如图中的水位h。•给定值：按生产要求被调量必须维持的希望值，简称给定值。•控制对象（被控对象）：被调节的生产过程或设备称为控制对象，例如上图的蒸汽发生器。•调节机构（控制机构）：可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。•控制量（调节量）：由调节机构（阀门、挡板等）改变的流量（或能量），用以控制被调量的变化，称为控制量，例如上图中的给水量。•扰动：引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。•控制过程（调节过程）：原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量就会偏离给定值。要通过自动控制仪表或运行人员的调节作用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为控制过程。•自动控制系统：自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构成一个自动控制系统。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECh给水蒸汽测量单元调节单元给定单元执行单元SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•常规控制器比例(P)控制器比例积分控制器（PI）比例积分微分控制器（PID）SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.4过程控制•控制装置控制阀最常见的控制装置就是控制阀，控制阀调节流动的流体。定位器气动控制阀依靠定位器来接受由过程控制器提供的一个输入信号并把它转换成阀门的行程。电气转换器电/气转换器的作用是将4~20mA(DC)的电流信号成比例地转换成的气信号，作为气动阀门定位器和气动执行器的气动控制信号气电转换器SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•控制系统试验模拟量控制系统的试验开关量控制系统的试验SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•模拟量控制系统的试验1、静态试验的目的：就是经过静态试验检查整个控制系统的各环节是否正确、各种参数的静态配合是否恰当，确保进行动态投入时系统能够稳定运行，不至于因为自动控制系统的投入导致异常情况发生。静态试验一般包括以下几方面内容：（1）跟踪试验包括输出跟踪、设定值跟踪、偏置值跟踪、策略跟踪（2）逻辑功能试验包括联动、保护、强置、禁升禁降、迫升迫降、自动转手动等。（3）参数检查包括检查和设置参数，一般包括调节器方向、信号量纲、折线函数的参数、测量信号处理（冗余、开方、阻尼滤波、补偿计算）等。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•2、动态整定的目的：经过静态试验验证的模拟量控制系统，运行工况满足后，便可投入动态运行，在投入运行过程中进行动态整定。动态整定的主要目的就是调整调节器参数。•3、扰动试验有给定值扰动、内部扰动、外部扰动SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•顺序控制系统的试验1、参数整定包括控制参数，如压力、温度、液位、流量、振动等的连锁保护动作值，以及保护连锁动作需要等待的时间。设备本体的保护连锁动作值，可根据设备本身的要求进行整定；系统的保护连锁动作值，可根据系统运行要求进行整定。2、启停时间整定对于每个顺序控制系统，根据相关的电动阀、电动调节阀、电动挡板、电动调节挡板（或气动）的开启和关闭时间，及设备的启动和停止时间来整定顺序控制系统的启动和停止所需的时间。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.5典型的核电站控制系统•核电站主要控制系统1、反应堆功率调节系统2、反应堆冷却剂平均温度调节系统3、稳压器压力控制系统4、稳压器水位调节系统5、蒸汽发生器水位调节系统6、蒸汽排放控制系统SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•1、反应堆功率调节系统•功率控制系统是一个开环控制系统，由两个基本相同的回路组成：一个是控制回路；一个是监测回路。•它根据一个基本功率刻度曲线给出的负荷功率同功率控制棒棒位间的函数关系，来控制功率棒的棒位。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC负荷棒位转换程序温度偏差棒速和方向转换程序W汽机负荷要求棒位方向/速度RGTAVG整定值程序转换程序（汽机负荷平均温度）∑TAVGREFTAVGA∑/2SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC稳压器水位控制基本原理图一回路稳压器容控箱RCP07/08/11MNMNTEPREA上充泵RCV046VPSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC稳压器压力控制系统SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC蒸汽发生器水位调节系统QGQv蒸汽流量NΔQR2R1R3主蒸汽母管汽机GV1GV2GV33号蒸发器G测量值G整定值蒸汽流量与给水流量的比较V1111水位定值N测量值QV!QV2QV3函数发生器ΔP测量值ΔP测量值随负荷而变化ΔPGVGVGV给水母管V2SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•一回路温度控制一回路平均温度调节系统包括闭环通道和开环通道。闭环通道完成平均温度的精确控制。它将高选平均温度测量值Tavg与由二回路负荷P2（汽机负荷和最终功率整定值中最大值）决定的经函数发生器2产生的平均温度整定值Tref相比较，有偏差时移动平均温度调节棒组R，使平均温度与整定值相等(有盲区)。开环通道完成平均温度快速控制，功率失配变化时起调节作用。平均温度控制系统通过测量一回路平均温度，与平均温度整定值比较后，经调节器产生调节信号，驱动R棒组，改变反应堆的反应性，从而维持一、二回路功率的匹配，即使一回路平均温度等于其整定值。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC9.6反应堆保护系统反应堆保护系统的功能：保护三大核安全屏障（即燃料包壳、一回路压力边界和安全壳）的完整性，当运行参数达到危及三大屏障完整性的阈值时，紧急停闭反应堆和启动专设安全设施SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•反应堆保护系统的组成：核电厂安全系统包括核电厂功率限制与快速降功率（预保护，堆芯保护）、反应堆紧急停堆、专设安全设施。反应堆保护系统由一次仪表系统、逻辑判断处理系统和驱动执行机构组成SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•安全动作指令主要涉及：跳闸：反应堆停堆断路器断开、反应堆冷却剂泵断路器断开、汽轮机跳闸。安全设施：蒸汽管道隔离、安全壳隔离第一阶段（A）、安全壳隔离第二阶段（B）、安全注入、安全壳喷淋、给水隔离、辅助给水泵启动、柴油发电机启动。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•保护系统故障类型可分为非安全故障和安全故障模式。1、非安全故障是指保护发生拒动性故障，这是一种危险性故障；2、安全故障模式是指保护系统出现误动，破坏了电站运行的连续性和经济性。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•核反应堆保护系统的设计准则单一故障准则、冗余性、多样性、故障安全、独立性、可试验性与可维修性SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•LA2反应堆保护系统采用DCS系统安全级TXS实现。保护信号分核保护仪表和常规保护仪表预处理系统两部分。输出信号送至APU进行光电耦合隔离、采集和处理后经ALU进行逻辑运算处理，逻辑输出经驱动器后至执行器。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•驱动器一类是经TXS系统的DO输出至停堆断路器（包括VVP主蒸汽隔离阀），•驱动器一类由优先驱动处理系（PACS）实现安设部分的驱动。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•整个保护系统设计分为两级：1、上一级采用四重冗余结构设计，四组保护信号采集处理柜（IP/IIP/IIIP/IVP）冗余配置。2、下一级采用双重冗余结构，A/B列中的X/Y逻辑分别为冗余逻辑符合配置，每列中任一X/Y逻辑满足保护动作条件均跳对应列的AX/AY或BX/BY停堆断路器。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•反应堆紧急停堆断路器RPR停堆保护系统采用四组（8台）断路器的控制方式，8台停堆断路器分为四组分别为AX/AY、BX/BY，组成四取二符合逻辑，其中AX/AY由RPR控制柜A列控制，BX/BY由RPR控制柜B列控制。断路器与棒控电源系统相连，当RPR系统触发两组（也可能是电路原理符合的不同组的两个）或两组以上的断路器断开时停堆。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•反应堆保护的安全联锁信号1、允许系统“P”能使某些保护功能生效或将某些保护作用闭锁，防止保护系统误动作。2、闭锁系统“C”即是保护系统的安全联锁信号也是控制棒控制系统的联锁信号，其功能是当电厂出现某些异常工况而又要避免不必要的事故停堆时，可通过该系统闭锁控制棒组件的自动和手动提升并使汽机减负荷。SUE/STB仪表控制系统调试概念CNPECSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC48VLCA48VLCA＋48VMGRPA300JARAM380V260VVVVVV300TO自动开关＋125VLCA48V-125V-125VRGLABCGEFIP4A反应堆停堆开关动作原理图KSUE/STB仪表控制系统调试概念CNPEC•RPR反应堆保护系统定