CN103558800A

CN103558800A - 1000mw反应堆冷却剂泵小流量试验台测控系统

Info

Publication number: CN103558800A
Application number: CN201310521385.1A
Authority: CN
Inventors: 吕延光; 张明; 张宇东; 徐坚; 吴景鑫; 张惠东
Original assignee: Harbin Electric Power Equipment Co Ltd
Current assignee: Harbin Electric Power Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明公布了1000MW核主泵小流量台测控系统，本发明采用了ROCKWELL公司生产的ControlLogix系列主控PLC产品和NI公司的测试系统，实现了对高温高压的核主泵小流量试验台的安全、可靠、稳定的智能控制以及对试验数据高精度高速的自动测量，改变了目前各种水泵试验台测控系统只能实现在常温低压的工况下对水泵试验运行进行手动控制及人工进行数据采集的状况。本发明不仅能够应用在水泵测试领域，以全面完整、高精度、智能采集为标准，实现现场高速高精度的测控，还可以应用到核泵流程控制领域，实现核泵机组运行智能控制、机组运行连锁与保护、控制方案的协调，以及试验数据的采集与处理工作。

Description

1000MW反应堆冷却剂泵小流量试验台测控系统

技术领域：本发明涉及1000MW反应堆冷却剂泵小流量试验台测控系统。

背景技术：用于压水堆核电站二代加轴封型主泵（1000MW级、300MW级）的小流量模拟性能试验。实现自主完成主泵性能全面检验及实验的能力。由于核主泵小流量试验是在高温高压下进行(设计温度是350℃，设计压力是17.3MPa)；试验的介质是A级水；测试点多测试量大；操作界面达5个；试验过程中要求现场无人职守。因此对于试验台测控系统的稳定性、可靠性、安全性有着严格的要求，对于测试用的各仪器仪表的材质精度、测试过程的智能性、大量信号的自动采集、电源及备用电源设备、控制软件运行可靠性、系统的连锁保护以及紧急停车等方面要求非常高。目前，国内有很多测试各种水泵的试验台，基本都是低温低压；对于水质的要求也不是很高。即使测量精度高，但是在试验台运行方面基本还是全程人工控制，在测试方面也是人工手动采集，且在系统的连锁保护设计、一旦试验台断电机组的保护技术等方面的考虑仍然存在不足。

发明的内容：本发明的目的是提供一种全面完整、高精度、智能采集的1000MW反应堆冷却剂泵小流量试验台测控系统。本发明的技术方案为：1000MW核主泵小流量台测控系统，将核主泵机组本身需要测量的各种传感器信号和试验台信号（8）通过电缆线连接到现场的放置可编程逻辑控制器（简称PLC）信号采集板卡的现场控制柜CN04柜（1）和中央控制室放置美国国家仪器公司（NationalInstruments，简称NI）数采产品的控制柜CN03柜（2）；现场的CN04柜（1）又将采集来的信号通过光纤将传递到中央控制室放置PLC系统CPU的控制柜CN01柜（3），经过处理后，再经由第一路由器（9）和第二路由器（10）通过网线将信号传至中央控制室的小流量试验站的主控机（6）和服务器（7）；CN03柜里NI系统采集信号经处理后，也经由第三路由器（8）通过网线将信号传至中央控制室的小流量试验站的第一主控机（5）和第二主控机（6），试验站第一主控机（5）和第二主控机（6）通过控制软件实现对试验站和主泵机组的各种信号采集和运行控制。

本发明控制软件的设计平台采用了美国AB公司的ControlLogix系统，软件包括了数据采集、现场监控、设备控制以及核主泵13个连锁保护控制设计等功能。

其硬件系统的主要技术参数及先进性是：

本发明主要有主控PLC、测试系统、安全保护系统三个部分，并结合手动操作平台功能实现整体的试验要求。在设计规划上配置一套冗余的PLC控制系统，一套带有独立CPU的测试系统，以及一套三重用于的ESD紧急停车系统。

首先，主控PLC系统选用了美国ROCKWELL公司生产的ControlLogix系列产品。该系统为具有多进程的控制能力，能够实现高速逻辑保护与高要求控制，及一般测控数据的不同控制速率的运算能力。考虑到整个机泵试验系统为一个快速的控制环节，在系统规划上采用主控制回路控制速率不低于30ms，逻辑保护算法运行不超过10ms，主要的参数采集与运算不超过20ms，一般的数据采集与运算不超过50ms的能力。完全能够满足试验站多种试验的要求与使用的需要。

通过采用冗余PLC控制系统，结合编程实现了整个测试过程的自动化，自动化程度高，测试流程可以灵活配置，程序界面友好，操作简单。

其次，高精度高速的测试系统则采用了美国NI公司的产品。其具有独立CPU的高速系统组成，其最快采集速度可以达到200KHz，最高采集精度可以达到24Bit，完全能够满足各种试验的数据密度与精度要求。测试系统与软件系统(计算机)采用100Mbps以太网的方式连接，保证运算数据传输的全面性，同时也可以提供多台套的软件系统同时进行数据记录与协同运算分析。

由于采用了NI的产品，可实现测试核泵机组本体以及试验站各设备及测试仪表的各种性能参数（电能参数、轴瓦温度、绕组温度、轴振动、轴位移、转速以及流量、主管道压力、主管道温度等）同步测量功能，可准确计算出电机及泵的性能及效率。

其软件系统的主要技术参数及先进性是：

画面采用立体仿真方式设计，形象直观的表现现场设备、管路与仪器。对现场设备运行具有高仿真画面的特点。

采用动态数据方式设计，数据具有报警变色闪烁功能；具备仿真仪表、仿真电气开关、移动标尺图、立体散点图、立体扇面图、立体弧线图、趋势嵌入、操作仪表嵌入、多窗口弹出、填充、缩放、移动、滚动、凹凸、隐藏等功能。电量信号具有模拟仪表与移动标尺柱功能；机械信号具有移动标尺柱，立体散点，填充，缩放等功能；瞬时流量信号具有移动标尺柱与立体扇图功能；温度信号具有移动标尺与立体弧线图功能；压力信号具有移动标尺、立体弧线图、仿真仪表等功能。液位信号具有移动标尺与立体填充功能，数据可随填充移动；电气操作仿真现场电气开关，相关电气具有转动、变色、波浪、滚动、移动、凹凸等多种表现方式。

画面除提供流程画面外，还提供趋势、报表、数据、总貌、报警、设备诊断、导引、设定、模拟仪表、历史查询、PID整定等多种画面，并允许在流程画面中嵌套多种画面，以及画面弹出功能。

人机操作界面具有多重密码保护功能，可根据不同的人员权限进行不同的画面查询与操作功能。

软件含有13连锁保护程序设计，分别为主泵启机连锁保护；主泵停机连锁保护；顶油泵启停机连锁保护；卸油泵1启停机连锁保护；卸油泵2启停机连锁保护；核主泵辅助系统8个重要阀门的开、关连锁保护。

软件还针对主泵本体、主泵辅助系统、推力轴承部分的各个监测点有报警、报警加提示音的设计。

因此，1000MW反应堆冷却剂泵小流量试验台测控系统无论是在设计理念、智能控制、自动测试、连锁保护设计、断电防护设计等方面在水泵测试行业中都是首次实现的。

发明的效果：

本发明主要应用在水泵测试领域，以全面完整、高精度、智能采集为标准，实现现场高速高精度的测控。同时与智能化软件技术相结合，实现在线的数据分析与试验结果补偿、演算、结论等一体化能力。

还可以应用到核泵流程控制领域，实现核泵机组运行智能控制、机组运行连锁与保护、控制方案的协调，以及试验数据的采集与处理工作。

目前，1000MW反应堆冷却剂泵小流量试验台测控系统已经完成了方家山、福清核电站共6台核泵机组的小流量试验测试工作。

与以往的水泵测试控制系统相比，本发明取得了以下几方面的进步：

首先，实现了对高温高压水泵试验台的智能控制和智能测试（测试温度可达到350°C，测试压力可以达到30MPa）。例如：系统在运行中可以根据设计好的曲线进行自动的升温升压控制；轴封注入水水箱和冷却水水箱可以根据水位的检测自动进行充水控制；冷却水系统的水温如果过高，可以通过自动调节冷却水的流量来进行控制等等。

其次，针对主泵机组运行特点，进行了主泵机组连锁保护设计。测控系统根据核主泵运行的要求，具有13个连锁保护设计：软件含有13连锁保护程序设计，分别为主泵启机连锁保护；主泵停机连锁保护；顶油泵启停机连锁保护；卸油泵1启停机连锁保护；卸油泵2启停机连锁保护；核主泵辅助系统8个重要阀门的开、关连锁保护。本发明还具有断电保护设计。系统一旦断电，UPS自动投入运行，供电给整个测控系统和部分主泵辅助系统设备，从而保证测控系统安全可靠地进行机组停机操作。最后，本发明与其他水泵试验台相比，现场采集的信号是通过光纤传输，保证了信号在传输过程中损失最低。

附图说明：

图1为1000MW核主泵小流量试验台测控系统配置图

具体实施方式：

如图1所示，1000MW核主泵小流量台测控系统，将核主泵机组本身需要测量的各种传感器信号和试验台信号8通过电缆线连接到现场的放置可编程逻辑控制器（简称PLC）信号采集板卡的现场控制柜CN04柜1和中央控制室放置美国国家仪器公司（NationalInstruments，简称NI）数采产品的控制柜CN03柜2；现场的CN04柜1又将采集来的信号通过光纤将传递到中央控制室放置PLC系统CPU的控制柜CN01柜3，经过处理后，再经由第一路由器9和第二路由器10通过网线将信号传至中央控制室的小流量试验站的主控机6和服务器7；CN03柜里NI系统采集信号经处理后，也经由第三路由器8通过网线将信号传至中央控制室的小流量试验站的第一主控机5和第二主控机6，试验站第一主控机5和第二主控机6通过控制软件实现对试验站和主泵机组的各种信号采集和运行控制。

测控操作的流程及协调测控的逻辑步骤如下，共分为五个环节：

第一环节、参数配置

这一环节中测试软件有三个主要功能：读入指标参数用于测试结果比对，并读入设定图表供用户记录采集数据；采集通道配置，用于配合设定的试验方案导入相应的测控方案，将采集通道按照方案进行配置；导入设定的测试流程，即将所有的测试环节按照测试方案进行串联，当测试开始后系统会自动按照测试流程进行测试记录和分析。

第二环节、同步PLC指令

在该环节，测控软件向PLC系统1发出指令，通知主控系统第一主控机5和第二主控机6，让被测对象进入测试状态，比如上电、开始运行等。并且准备好其他相关条件，同步时钟参数和测试开关参数，准备开始测试。

第三环节、测试步骤1到n

读取传感器信息，计算、保存、显示。在根据流程设定确定下一步操作。

第四环节、PLC通信

完成所有测试步骤后，测控主机：第一主控机5和第二主控机6再次向PLC系统1发出指令，通知主控系统测试已经结束，并让被测对象退出测试状态，比如停机、断电等。当接收到主控系统完成指令的反馈后报告测试完成。

第五环节、报表

试验数据与结论自动演算与输出，并计算机存储，打印机打印输出。系统可以根据要求生成格式的报表和图表，达到分析记录的目的。并将试验数据永久存入计算机数据库系统，需要的时候可以随时读取、查询。

Claims

1.1000MW核主泵小流量台测控系统，其特征是：将核主泵机组本身需要测量的各种传感器信号和试验台信号（8）通过电缆线连接到现场的放置可编程逻辑控制器（简称PLC）信号采集板卡的现场控制柜CN04柜（1）和中央控制室放置美国国家仪器公司（NationalInstruments，简称NI）数采产品的控制柜CN03柜（2）；现场的CN04柜（1）又将采集来的信号通过光纤将传递到中央控制室放置PLC系统CPU的控制柜CN01柜（3），经过处理后，再经由第一路由器（9）和第二路由器（10）通过网线将信号传至中央控制室的小流量试验站的主控机（6）和服务器（7）；CN03柜里NI系统采集信号经处理后，也经由第三路由器（8）通过网线将信号传至中央控制室的小流量试验站的第一主控机（5）和第二主控机（6），试验站第一主控机（5）和第二主控机（6）通过控制软件实现对试验站和主泵机组的各种信号采集和运行控制。