数字化控制系统用于核电安全级直接蒸发式空气处理机组的研究.pdf

数字化控制系统用于核电安全级直接蒸发式空气处理机组的研究彭浩朱世钊（广东申菱环境系统股份有限公司，佛山）摘要：核电用安全级直接蒸发式空气处理机组不仅需要保证高安全性能要求，同时其配套的就地控制系统需要具备友好的人机界面、操作简单、便于维修和后期维护。从基于 技术的数字化就地控制系统的软硬件配置出发，结合核电用电气、仪控设备的设计要求，阐述了数字化控制系统在核电用安全级直接蒸发式空气处理机组中的应用，并对相应的控制系统进行核 级 鉴定。鉴定结果表明：该核电用安全级直接蒸发式空气处理机组配套的数字化控制系统满足 、级、的要求。关键词：核电；安全级直接蒸发式空气处理机组；数字化；技术；控制系统彭浩，男，年生，大学，助理工程师 佛山市顺德区杏坛镇高新区顺业东路 号 ：收稿日期：引言核电具有极高的稳定性、经济性、清洁性和高端制造的属性，在面临气候环境变化挑战的当下值得重视。此外，核电技术作为一项高新技术，有利于出口拉动经济，带动制造业升级，未来几十年，我国都将大力发展核电产业。近期，数字中国建设整体布局规划 的出台，开启了数字中国发展的新阶段。数字化建设和发展已然成为时代的主旋律，核电站的数字化应用也显得尤为必要。本文结合广东某空调设备公司研制开发的直接蒸发式空气处理机组进行了数字化控制系统的应用。安全级数字化控制设计要求针对空调设备在核电厂安装的位置及承担的功能不同，对应的控制系统所要求的安全等级也不同。对于安全级直接蒸发式空气处理机组，其控制系统需满足安全等级 级，满足 中的鉴定要求，软件需按 级相关安全标准要求执行。安全级数字化控制设计直接蒸发式空气处理机组由直接蒸发式制冷机组（室外机）和空调机组（室内机）组成，通过管路连接形成完整的制冷剂循环系统。该机组自带冷源，以温度为控制对象，实现机组通风、制热、加湿、制冷、风阀调节及全新风运行模式间的自由切换，作为安全级直接蒸发式空气处理机组配套的数字化控制系统，笔者从以下几个方面进行说明。功能设计根据安全级直接蒸发式空气处理机组在使用过程中执行的功能，可以将控制系统功能划分为核安全功能及非核安全功能。核安全功能由核安全级数字技术控制单元实现，其特征是功能由运行在核级硬件上的类软件实现，主要包括：温度恒定调节功能；控制和保护功能；故障检测和保护功能。非核安全功能由非核安全级数字技术控制单元实现，其特征是功能由运行在核级硬件上的无分类要求的软件实现，主要包括以下功能：运行参数显示记录功能；故障信息显示记录功能；运行日志功能。结构设计安全级直接蒸发式空气处理机组配套控制系统控制柜的尺寸为 （宽深高），机柜采用顶部进线、底部出线方式，电源线和信号线分开布设。机柜主体选用 厚不锈钢板折弯焊接而成，外壳颜色为工业灰色。机柜柜门为外挂式，与柜体均用截面积为 的扁平编织线连接，柜门与柜体采用屏蔽泡棉密封，整体满足 等级及电磁兼容设计要求。仪控硬件设计根据安全级直接蒸发式空气处理机组功能描述，控制柜设计为核级和非核级两部分，核级与非核级间进行物理和电气隔离。核级部分分为低压电源插件、核级主控插件、数字量信号插件、模拟量信号插件；非核级部分包括非核级模拟量输入插件、非核级主控插件。各插件间的电源与信号传输由核级与非核级相隔离的背板完成。低压电源插件低压电源插件为核级插件，将机柜输入的 电源滤波、降压转换为板卡使用的数字 ，通过背板给其他插件供电。当输出电源正常时，正常指示灯亮；当输出电源电压超出阈值范围时，故障指示灯亮。电源正常、故障状态均会以数字量传输给控制插件，并隔离输出给非核级进行状态显示。核级主控插件核级主控插件采用基于 数字化技术的实现方式，将采集的各通道的数字量或者模拟量输入信号进行隔离后传输到 主控插件进行运算处理，再从 主控插件进行隔离后输出。数字量输入插件数字量输入插件将系统输入的数字量信号经过滤波及光耦转换隔离后，传输给控制插件进行非核级功能报警等空调制冷暖通空调 年第 卷增刊处理，信号驱动触点型光耦的通断，将触点信号传输给非核级。模拟量输入插件系统输入的模拟量信号，如温度、压力信号等，过滤波电路后采用差分放大器处理为信号，然后进行相应的比较判断，将信号传输给核级主控板卡和非核级主控板卡。数字量输出插件数字量输出插件将主控板卡中的逻辑运算结果信号通过驱动电路，触发光耦继电器动作，光耦继电器产生 电压信号输出给 控制模块，驱动系统中的负载设备。指轮开关 级显示器只具有显示和记录的功能。对于需要操作的功能，如温度设定，将其设置为指轮开关。每一个设定值，由个指轮开关完成，每一个指轮开关由个 位组成 码，个指轮共有个 位组成位 码，将产生的 码通过数字量输入插件传输给主控板卡，完成温度的设定。背板背板实现插件间电气互连和信号传输，背板将低压电源插件转换的电源转接给其他插件供电。核级信号与非核级信号通过不同的信号连接器进行传输，不同的信号连接器间具有一定的距离，可以保证相互之间距离上的隔离。非核级主控插件非核级主控插件监控各传感器参数，如压力传感器和温度传感器，包括从核级机箱和传感器经隔离传过来的开关信号和模拟信号，经 处理后，将数据传输给 级显示器，实时显示空调机组状态。仪控软件设计仪控软件设计包括上位机 级显示屏设计和数据通讯设计。下位机将信号通过数据采集、转化、判断和运算后将结果传出，通过通讯协议，将下位机处理后的信息传输至上位机，上位机软件运行流程如图所示。上位机软件运行流程控制柜软件主要实现对模拟、数字信号的采集，并根据功能设计要求进行处理，输出相应的模拟、数字信号，并与上位机 级显示屏实时通讯，将报警、状态等数据传输给上位机显示储存。数据通讯流程图上位机和下位机是通过 协议进行通讯的，通讯接口为 接头。下位机可以实时采集数据，并将数据实时传输给上位机。上位机将下位机传输过来的数据进行进一步处理，显示为可以人眼直接识别的数据，包括十进制数值显示、指示灯的颜色变化和报警声音信号等。控制柜上电（即通电）后，上位机与下位机的数据通讯流程如图所示。图上位机软件运行流程图注：为带电可擦可编程形式的只读存储器。图数据通讯流程图鉴定试验根据设计要求编写了安全级直接蒸发式空气处理机组配套的控制柜鉴定试验大纲及鉴定试验程序，相关标准中的要求体现于其中，包括但不限于 、和 等，根据所出具的鉴定试验大纲，进行了基准试验、极限运行条件下的试验、电磁兼容试验、评价设备性能随时间变化的试验、地震试验。软件验证与确认（以下简称）软 件认 证 的 整 个 执 行 过 程 包 括 需 求暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷、设计、实现、测试共个阶段，在各阶段执行文档评估、关键性分析、接口分析、可追踪分析、危险分析、安全保密分析和风险分析等软件任务。具体为依据标准法规（和 或 ）对产品中的可编程逻辑进行深入和完整的评估，专项分析、功能仿真、静态时序分析，时序仿真、集成测试等产品活动，最终给出详细评估阶段所有报告和记录。结论笔者对安全级直接蒸发式空气处理机组配套的数字化控制系统进行了设计和试验鉴定综述，介绍了数字化控制系统基于 技术的功能实现。主要包括硬件设计、软件设计、硬件鉴定试验及软件，并对相应的控制柜进行了相关鉴定试验，试验结果表明，本文所述基于 技术的数字化控制系统符合核电厂安全级直接蒸发式空气处理机组的设计要求，可应用于今后核电用安全级直接蒸发式空气处理机组。参考文献：黄伟杰核电厂数字化仪表控制系统设备鉴定方法研究核动力工程，（）：顾申杰核电 级电气设备质量鉴定上海电器技术，（）：郭满华，赵月扬，黄文有核电站核级设备鉴定过程电力设备，（）：王广金，刘燕，刘江燕，等核电厂 级电气设备鉴定试验研究核动力工程，（）：胡晓琦，廖永达，辛宇，程序仿真在核能科学中的应用一重技术，（）：空调制冷暖通空调 年第 卷增刊