电厂数字量信号的采集及计算分析

摘要：本文分析了国内某电厂DCS系统数字量信号的采集与计算过程，包括数据有效性判断和输出结果的选取，说明了DCS数据处理的准确性和有效性，为DCS系统日常维护、缺陷处理、硬件开发提供数据参考，为后续电厂在数字化改进方面提供借鉴。

关键词：核电厂；DCS；数字量信号；数据采集

1.概述

目前电厂控制系统数字化是主要的发展方向，国内新建核电项目都采用了数字化控制系统，主要的供应商包括ABB、西门子、FOXBORO和阿海珐TXP等，无论哪种控制系统，都包括对于数字量和模拟量的计算与处理。

数字量是IA系统处理的主要数据变量，工艺运行中的设备信号主要来自于温度开关、压力开关、液位开关、以及DCS内部软件触发的高低报警值、质量位信号、失效信号、模块离线信号等，其在IA内部处理过程可分为：数据采集、逻辑运算以及计算输出三个阶段，每个阶段通过IA内部的软件模块衔接，形成数字量处理的闭环回路。

2.数据采集

CIN模块接收来自现场的通断信号，包括设备失电、状态错误等报警信号，以及液位高度、设备启停等反馈信号，并将其转化为BOOL量信号，与其它开关量进行逻辑运算。同时CIN块与软件配置模块ECB接口，在每一个执行周期内，将测量到的数字量进行输出，当没有设置相应的FBM时，从连接到IN参数的模块读取信号，应用软件配置模块ICC可以对信号进行取反、I/O坏点、状态报警和手自动切换等设置[1]。

CIN块作为FBM和FBC内部与数字触点信号的接口，包括数字输入和回读功能，其现场总线模块允许在没有FBM和FBC连接的情况下，对CIN块进行选择性配置，手动模式可以在断开现场过程变量的情况下，在工作站对其输出进行手动强制。

IA内部的数字量采集硬件包括FBM207、FBM207b、FBM207C、FBM217、FBM219等，不同模块的数据采集冗余度和数据处理裕度不同，分为8通道输入（48V）、16通道输入（48V）、32触点信号输入等。

以FBM207C为例，模块在进行数字量信号采集时需通过TA端子P0917MF/MH来完成。TA A/B端电缆向现场设备提供48V工作电压，即FBM207C内部有48V电压输出，现场设备根据运行状态，反馈常开、常关等信号。其中FBM207C有A/B/C 3线端子，如果现场设备有独立的工作电源，则端接B/A端子，如果采用DCS供电，则端接C/B端子，FBM模块内部有具体的信号采集电路。

电路中为了防止交流电压干扰，通过变送器R和电容C组成了低频选择电路，屏蔽波动电压，维持电路中耦合器的正常工作状态。具体网络函数如下：

稳压二极管进行过压保护，同时与电感L一起组成电弧抑制电路，当电路中的电压突然消失时，电磁能释放的高压被二极管吸收，通断所产生电弧就被消除了[2]，需注意电路的电流设计值小于2.5 mA。

数据筛选：和模拟量信号一样，根据现场工艺设备的运行情况，IA对测量值设置有效性判断，如果现场设备离线或者发生短路异常，则DCS会发出数据失效报警，系统保持上一次测得的有效值，模块显示红色失效状态，从IOM_ID可以判断是哪个卡件哪个通道发生异常，以便工作人员处理。

3.逻辑运算

算术运算：布尔型的数据主要通过逻辑运算完成，包括与（AND）、或（OR）、异或（XOR）等计算过程，不同类型变量输入CALCA块的不同引脚BIOX和RI0X，与其它同类型的引脚运算完成后进行输出。变量按照程序指令循步计算，ICC组态里的DELT决定着输入参数的取值精度和计算结果的输出精度。

在ICC配置过程中，SAO为报警允许选项，SCOPT为报警转换值清单，INVALM为报警状态监测参数。在FBM发生硬件故障、模块离线、IN链接的目标块状态错误时，CIN块会变为绿色，提示功能异常。

在手动模式下，CIN的输出值不会随输入值的变化而更新，取决于用户手动设置，尽管FBM处于在线状态，并且IN值真实反映通道的物理状态，但输出值不受影响。

4.计算输出

数字量数据通过COUT送往DCS 0层，用來控制现场气动阀的开关、泵的启停、加热器的得失电等工艺过程，以实现具体的流量、液位、温度等控制，可以通过ICC在线编辑COUT模块的手自动允许（MA）、采集周期（PHASE）、失效报警（BAO）、输出通道（PNT_NO）等模块参数，以实现想要的控制效果[3]。

CIN块每隔0.6 s进行一次数据更新，接收现场的通断信号输入，在与其它BOOL量数据进行特定运算后，通过COUT输出逻辑真值，用来执行开关命令、设备保护等具体动作，或者进入不同系统的逻辑块，参与状态报警、信号闭锁等运算。

5.结论

IA作为全厂数字化控制系统的核心，为电厂稳定运行和数据处理提供了可靠保障，其数据的采集、逻辑运算及计算输出等过程，充分证明了DCS系统数据处理的准确性和可靠性，为检修人员在故障诊断和软件优化方面提供了参考，也为后续DCS系统在软件开发和硬件升级提供借鉴。

参考文献：

[1]IOM，《Integrated Control Block Descriptions》，2009年，第591-592页。

[2]上海福克斯波罗有限公司，《I/A Series intelligent Automation Series》，2009年，第16-19页。

[3]原子能出版社，《核电厂中级运行》，2009年，第3-10页。

作者简介：

冯志远，男，助理工程师，从事电厂仪表检修及DCS维护。