核電非安全級SOE信號及DI信號處理方法
時間:2022-08-25 11:00:37
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摘要:在核電廠的控制系統中,SOE信號和帶時標DI信號主要應用于要求準確記錄開關量輸入時間的監控對象,以便區分多個受控對象動作的先后順序,從而有效地完成核電非安全級DCS的控制及監控功能,實現核電廠的可靠和穩定運行。介紹了核電非安全級DCS系統中soe信號及帶時標的di信號處理方法,包含SOE信號及帶時標DI信號的信號格式、傳輸路徑、傳輸精度的描述,為從業人員提供參考。
關鍵詞:核電;分散控制系統;事件順序記錄;時標;控制器
為了應對全球能源消耗加劇的局面,響應節能、環保、減排的號召,世界各國清潔能源份額穩步提升。中國作為碳排放大國,也將穩步發展清潔電源,其中核電對于優化能源結構、減少環境污染、促進經濟能源可持續發展具有重要意義。隨著核電自動化程度的提高,非安全級設備各種類型的輸入信號被廣泛應用于控制系統中,SOE(事件順序記錄,SequenceofEvents)作為帶有動作時間標記的功能可以記錄,其動作準確、快速,在核電廠控制系統中廣泛使用。本文以MACS6系統的NM系列硬件為例,介紹了核電廠非安全級DCS(分散控制系統,Dis-tributedControlSystem)中的SOE信號及帶時標的DI(數字量輸入,DigitalInput)信號的處理方法,包含SOE(事件順序記錄,SequenceofEvents)信號及帶時標DI信號的信號格式、傳輸路徑、傳輸分辨率的處理方案等。
1信號簡介
核電廠的DCS通常分為安全級、安全相關級和非安全級三種DCS類型,其中非安全級DCS中有SOE信號及帶時標的DI信號。SOE信號即事件順序記錄信號,主要用于在事故發生時,記錄多個開關量輸入信號變位的準確時間,以便于區分多個變位的先后順序。帶時標的DI信號是一種DI信號類型,與普通DI信號的區別在于除了能夠記錄DI信號的0、1狀態外,其相對應的IO(輸入/輸出,Input/Output)卡件自身還能夠記錄DI信號的毫秒級的變位時間。對于通常的DCS系統硬件來說,其記錄的精度可達到幾十毫秒,同時在系統的軟件組態中通過修改DI數據刷新率來控制其精度。
2信號處理方式
在硬件方面,以DCS系統組態軟件的MACS6系統中NM系列硬件為例,SOE信號和帶時標的DI信號,可共用NM62*A的硬件來完成數據采集。在軟件方面,主要由組態軟件的算法頁來完成系統組態,同時在操作監視層LEVEL2進行信號顯示。
2.1信號的格式
2.1.1SOE信號SOE信號以MACS6系統為例,可以由NM系列硬件(NM62*A)采集信號,記錄260條SOE事件,但每個控制器運算周期最多上傳20條SOE事件,如果超過20條,會分成若干個周期報上去,但每次最多上傳20條記錄。每條記錄與帶時標的DI信號都包含所有通道的通道狀態,共6個字節,即三個word字,三個word字可分為三部分:一個部分為時間、一個部分為發生變位的通道的狀態、一個部分為發生跳變的通道號。因每次上傳20條記錄,故20條記錄則總計占60個word,再加上兩位公用的word位,共計62個word。與帶時標的DI信號區別:僅在于兩者的分辨精度不一樣,SOE點時間精度是1ms,而帶時標的DI點時標精度最小只能設置到10ms,通常的默認設置為30ms。一個控制器的輸入緩存區的大小是3.5kB(3548byte),而每一個NM系列的SOE模塊需要占用的緩存區大小為124byte(即62個word字)。所以單個控制站內最多可容納的SOE點為3584/124=28個模塊。其對應的數據格式見表1:SOE數據轉存周期是指采集設備每間隔多少時間向采集設備的緩沖區存儲一次數據。每次存儲的SOE事件可能不止一條記錄,存儲的記錄條數等于120ms內發生的變位時刻的數量。如120ms內有5個時刻發生通道變位,則記錄5條SOE信號記錄,并在120ms結束時向緩沖區轉存5條SOE信號記錄。通常,默認SOE信號的刷新時間為120ms,可根據具體需求更改,其SOE信號的刷新時間大小不影響SOE信號的精度。每間隔一次SOE信號所設置的數據刷新時間,進行一次SOE事件的刷新,硬件緩沖區中最多記錄260條,如果超過260條記錄,那么最早的一條SOE事件記錄將被沖頂掉。以表1為例,表中“第20次SOE事件記錄”為最新。SOE事件總次數N用于表示當前周期上報的SOE記錄條數,如果當前沒有SOE事件記錄,且SOE信號卡件緩沖區里面數據全部上報完畢的話,記錄N回零。2.1.2帶時標的DI信號帶時標的DI信號是指所采集的DI信號是帶有時間標識的信號。以MACS6系統為例,這些信號由NM系列硬件(NM62*A)采集的一種信號類型,可記錄4條帶時標的DI事件記錄,每一條中都包含所有通道的通道狀態。每條記錄之間的時間間隔等于DI信號數據刷新時間,每條記錄共6個字節,即三個word字,三個word字一個為時間,一個為16個通道各自的狀態,一個為發生跳變的通道號。以DI信號數據刷新時間等于30ms為例具體的變位記錄方式見表2:由表2可見,每隔30ms新的記錄會作為第一條記錄,較早記錄按照時間先后向下順延,最早的一條記錄將被沖頂掉。表中顏色相同的記錄為同一條記錄。其中DI信號數據刷新時間是指采集設備每間隔多少時間向采集設備的緩沖區存儲一次數據。每次只保存一條記錄,這一條記錄中包含所有通道的變位信息,且這一條記錄的變位時刻是DI信號數據刷新時間的整數倍。由于記錄的變位時刻是DI信號數據刷新時間的整數倍,所以其大小影響DI信號的時標精度,刷新時間越小則時標精度越高。默認數值為30ms,可更改。如在30ms內沒有DI信號的變位發生,則不做事件記錄,且信號的序列號不改變,如表2中淺色部分。相差四個上報周期的兩組數據才會完全不一致。帶時標信號的DI點的采集周期是30ms×4=120ms,這樣理論上只要算法運行的周期小于120ms,就不會造成數據丟失。
2.2數據處理框圖
SOE信號和帶時標的DI信號的數據流向和數據周期參見圖1所示。圖1中的DP(數據處理,DataProcessing)主卡是指控制器內設備,以不斷連續循環的方式與DP從站進行通訊以獲取從站的狀態信息并下發控制指令。DP主卡與IO從站之間是不斷循環檢測從站狀態的,從站數量越多,那么數據交換量越大,則DP主卡檢測從站所需的時間就越長。控制器運行程序是指完成控制器與IO卡件的通訊功能,與組態軟件的通訊功能,與上層服務器的通訊功能,完成控制器的自診斷功能以及算法頁的運算、數據的控制器內存儲等所有功能。控制器的執行周期為50ms,一般不可更改。因此,控制器運行程序的運算周期是50ms,即每隔50ms進行一次數據檢測。如果SOE的數據刷新率或DI的刷新周期太小,小于控制器的運算周期的話,那么就有可能在控制器還未進行數據采集的時候,SOE或DI的數據已經進行了多次刷新,那前幾次的時標就會被最后一次的覆蓋,導致可能丟失一部分的時標信息。算法頁的執行周期由用戶自定義,一般定義為可設置的50ms的整數倍,為保證DI點的分辨精度,設置為50ms。需要說明的是,由于DI點的報警是在算法中完成的,如果要保證報警DI點的報警信息不發生丟失,達到DI的50ms分辨率要求,需要設置帶時標的DI硬件參數為30ms掃描周期,則凡是要支持高分辨率DI的控制站均須設置為POU(程序組織單元,Program-mingOrganisationUnit)的任務周期為50ms,這樣才能保證達到50ms的分辨精度。LEVEL2每隔500ms向控制器發送一次數據請求,控制器將相關數據返回給LEVEL2(操作監視層,OperationMonitor-ingLayer)。數據中包含各物理點的狀態、SOE及DI的時標以及其他LEVEL2需要的數據。
2.3數據分辨率
2.3.1SOE信號在同一控制站內,SOE信號的分辨率為1ms,不同的控制站的站間分辨率為2ms。2.3.2帶時標的DI信號帶時標的DI信號的精度受到DI信號刷新率和軟件濾波時間的共同影響,其中軟件濾波時間是指采樣卡件的硬件中設置的DI信號或SOE信號的消抖時間。如一個DI點的軟件濾波時間為10ms,其DI信號刷新率為30ms,那么其實際的精度應該小于(10+30ms)=40ms,實際由試驗得到的精度大概為36ms~37ms之間。
3結束語
在核電非安全級DCS中SOE信號和帶時標的DI信號都是控制系統中比較重要的信號,在出現事故或者跳變時用于分析事故和跳變出現的原因,因此對于這兩種信號的處理方式更加重要。只有有效地記錄了這些信號的事件信息,才能為核電廠重要運行狀態得到監測、記錄和事故分析提供正確的數據,保證核電站機組平穩的運行。
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作者:杜慧 單位:中國華電科工集團有限公司
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