福清核电KSN系统调试问题的分析和处理

吕瑞广

福建福清核电有限公司维修二处 福建福清 350300

福清核电1/2号机组核辅助厂房三废处理控制系统（KSN）采用INVENSYS公司的I/A数字化控制系统，为1、2号机组所共用，主要由硼回收系统（TEP）、废液处理系统（TEU）、废气处理系统（TEG）、固体废物处理系统（TES）（核辅助厂房的废物处理站部分）四个系统组成。KSN为三废处理系统的专用控制系统，主要完成的功能包括：数据采集和处理、过程控制、运行监控、协助运行和报警处理。

另外，KSN系统还对辅助蒸汽分配系统（SVA）和核辅助厂房通风系统（DVN）完成信号采集，逻辑处理，报警处理等功能。KSN系统根据就近采集原则，对分布在核辅助厂房中的非三废系统的部分过程检测仪表信号进行采集，通过网关与电站计算机信息和控制系统（KIC）进行信息交换，完成核辅助厂房部分工艺过程信息的采集和传送[1]。

KSN系统的调试过程由六个试验组成，包括：系统设备上电检查、系统信号传输通道试验、设备功能试验、机柜仪控报警功能试验、系统性能试验、系统功能试验。

1 KSN系统的结构

KSN三废控制系统采用分层分布式结构，包含系统层和过程控制层。

系统层：主要包括通讯和控制设备，可理解为上位机，主要为工作站、网络通讯设备，打印机等，整个控制系统的组态、设备状态监测、系统控制、操作日志、操作权限设置、趋势的记录、报表的存储打印、系统设备信息的通讯等均在系统层完成。

过程控制层；由连接在系统网络中的各个控制处理器CP、通讯卡件、输入输出卡件、信号连接端子、继电器、信号转接箱柜等组成，主要功能：采集现场设备的状态信号、输出开关量与模拟量控制信号等。

为保证系统运行的安全、稳定，KSN系统配置满足如下要求：

（1）系统电源冗余；

（2）工作站冗余；

（3）控制器冗余；

（4）通讯冗余。

2 KSN系统的调试

硬件设备和软件系统安装完成后，系统进入调试阶段，调试分为初步试验和系统试验，初步试验包括电源机柜的试验以及控制机柜硬件试验，具体包括：系统设备上电检查、系统信号传输通道试验、系统设备功能试验和机柜仪控报警功能试验。系统试验主要为软件功能试验，包括系统性能试验和系统功能试验。

2.1 系统设备上电检查

主要检查机柜安装位置是否精确，机柜内外部接线是否规范、整齐、符合要求，机柜与电源线、信号线之间的绝缘是否符合要求，机柜的接地连续性是否合格，以及上电启动试验，上电启动试验需确认机柜内部各电源模块、交换机、控制器、IO卡件、风扇、报警灯以及盘台上的工作站、打印机等设备能够正常启动。

系统设备上电检查是设备安装完成后进行的第一个试验，上电检查试验完成后才能进行后续试验。

2.2 系统信号传输通道试验

信号传输通道试验是为了确认现场信号与工作站之间输入输出通道的正常，精度、响应时间满足设计要求。

共有四种信号传输通道，需要采用不同的测试方法。逻辑输入（DI）通道的测试需要在就地设备侧将对应通道接通或断开观察工作站上对应点位的状态变化；逻辑输出（DO）通道的测试需要在工作站侧相应的模块进行强制，观察或测量就地设备的状态是否一致；模拟量输入（AI）通道的测试则需要在就地设备侧输入对应的模拟量信号，观察工作站画面上的数值是否与之对应；模拟量输出（AO）通道的测试则是在工作站侧输入模拟量数值，在就地设备侧观察或测量信号是否与之对应。

图1 KSN系统信号传输通道示意图

2.3 设备功能试验

设备功能试验对KSN系统的设备功能进行检查，检查内容包括控制软件和应用程序的版本检查，计算机及打印机功能检查，通信网络检查，系统监视域检查，检查确认FCP、FBM都已上线投入运行，故障诊断功能测试。

2.4 机柜仪控报警功能试验

机柜仪控报警功能试验检查KSN系统机柜的故障报警功能，通过相关测试工作，验证机柜的温度控制器、电源监视、照明等设备正常工作，在出现温度高、电源失败和柜门打开等情况时能够正确触发故障报警，从而能够保证机柜内部DCS设备的安全运行和人员的人身安全。通过人为模拟FCP、FBM和交换机故障，检查工作站和服务器的故障报警及诊断功能。

2.5 系统性能试验

KSN系统性能试验，确认KSN控制系统工作站、网络、机柜内设备（FCP、FBM、电源模块）等的可靠性和冗余性，并验证系统反应时间、时钟同步、负荷裕量（FCP、工作站、Mesh网络）等满足设计要求。

2.6 系统功能试验

在KSN系统运行正常及相关的信号传输通道验证无误后，即可开始进行系统功能试验，确认KSN控制系统对现场设备的状态监测与控制，系统的整体功能满足设计要求。

功能试验包括：验证系统采集处理测试功能、验证工艺报警监视功能、历史库及趋势曲线显示功能测试、工程师站应用功能测试、操作员站应用功能测试、系统故障监视功能测试。

3 KSN系统调试过程中出现的重大问题及处理过程

3.1 信号传输通道试验过程中频繁烧保险问题

在信号传输通道试验过程中，当验证逻辑量输出（DO）通道时，多次出现端子内保险熔断现象。经过分析排查，确认是因为就地电磁阀侧正负端接反导致。

电磁阀线圈本身并没有正负极区分，但当用电子电路控制电磁阀工作时，为保护其他电路不受该线圈电感变化时（通、断电）产生的反向感应电压的影响，在线圈两端并联一个二极管，如图2，使并联后线圈连接变成有极性，与二极管负极连接的一端，要通向电磁阀电源的正极，与二极管正端连接的一端，要通向电磁阀电源负极，这样，当需要电磁阀工作时正常加到电磁阀两端的电压，对二极管来说是反向的，相当于电阻无限大，电流只通过电磁阀线圈，阀门正常工作；当电磁阀电源被断开时，线圈自感产生的反向电压正好与并联的二极管方向相同，因此被该二极管短路，从而防止了该反向的感应电压对控制电路的影响。使用电子电路控制的继电器、接触器等电磁线圈，基本上都反向并联一个二极管，就是这个原因。

图2 电磁阀线圈示意图

为了避免烧保险的情况发生，在做DO点通道前，需先确认就地电磁阀接线是否正确，或在机柜侧测量通道正极对地绝缘，如绝缘良好，则说明接线正确。

3.2 模块初始化后无法正常发命令

在系统逻辑试验过程中，如果机柜重新上电或者控制器进行过初始化，会出现工作站无法发命令或就地设备状态与实际逻辑不符的现象，经分析，原因如下：福清KSN控制系统中，很多设备的控制命令均采用上升沿信号来激发。即操作员站点击启停按钮后或者程序自动产生启/停命令后，在设备控制逻辑块里被处理成一个短脉冲的形式，如图3：

图3 启停命令上升沿处理

从其它地方来的启命令，无论是短脉冲还是长电平信号，通过图5所示的逻辑处理，均形成一个2秒的脉冲（I/A系统中使用OSP命令实现），然后触发RS触发器，产生一个长信号的启命令，并通过启位置或停命令来复位(停命令由停位置或启命令复位)。这种做法的好处是，对于设备来说，所有控制信号均是标准的且特征统一的启停命令。前面发出的信号必须是由0变为1，OSP才能产生2秒的信号。

如果控制模块在初始化过程时，自动启/停命令一直存在，那么这个启命令就无法发出去，同时操作员站也无法手动发启/停命令。这是因为对于OSP命令来说，接收到的启/停信号并没有一个从0到1的过程，没有上升沿，OSP就不能激发出两秒脉冲，OSP后的与门就会一直闭锁命令。

这种情况，需要先通过强制的方式取消原来一直存在的命令，然后才能正常发命令。

3.3 报警卡分组按键闪烁的实现

报警卡是协助运行人员快速判断报警原因并采取正确措施的一个功能。由于系统数量和报警的数量较多，报警卡光字牌被分为11个页面，每个页面最多可安排49个报警光字牌显示，当某个报警出现时，对应的光字牌就会闪烁，提醒运行人员报警的出现，运行人员点击光字牌可弹出报警卡，显示报警出现的原因及应该采取的措施等信息。但当报警出现时，报警分组按键并不会有状态变化，此时运行人员可能要翻看多个页面才能找到对应的报警卡，不利于快速响应[2]。而上游文件并未对此功能给出要求。针对此问题，经过与厂家人员和运行人员讨论分析后，决定自行添加报警分组按键闪烁功能。

首先需要为11个分组按键分别创建对应的Calca类型的Block计算模块，将每一页上所有报警的CIN取或作为该Block的输入，当该页面上出现报警时，对应的分组按键状态变化，逻辑示意图如图4，从而让操作员快速定位报警[3]。

图4 报警分组按键闪烁逻辑示意图

4 结语

福清核电1/2号机组KSN数字化控制系统经现场调试、验证和完善，为三废各个工艺系统状态的监测和控制提供了安全稳定的控制平台，满足了福清核电对控制系统的安全、稳定及可靠性的要求。调试中发现及解决的问题为今后系统维护及后续机组的调试提供了参考。