基于可編程控制器的穩(wěn)壓器壓力水位控制探究

何偉卓

（東北石油大學(xué)，163000)

0 引言

作為壓水堆的重要設(shè)備，穩(wěn)壓器具有非常關(guān)鍵的作用。不管是堆芯反應(yīng)性擾動(dòng)，還是負(fù)荷的變化，都會(huì)在一定程度上引發(fā)變化的情況出現(xiàn)在主冷卻劑當(dāng)中，最終導(dǎo)致冷卻劑體積也出現(xiàn)相應(yīng)的變化，與此同時(shí)，隨之而出現(xiàn)變化的還有穩(wěn)壓器的水位以及壓力。如果水位以及壓力在一回路當(dāng)中出現(xiàn)過(guò)高的情況，或者出現(xiàn)過(guò)低的情況對(duì)反應(yīng)堆的安全運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。所以要想保證正常運(yùn)行的壓水堆，必須要在規(guī)定的限值之內(nèi)針對(duì)穩(wěn)壓器的壓力以及水位進(jìn)行控制。

1 穩(wěn)壓器壓力水位控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)具有兩個(gè)相互獨(dú)立的功能，這兩項(xiàng)功能能夠?qū)⒖刂扑灰约翱刂品€(wěn)壓器壓力等任務(wù)分別完成。

1.1 穩(wěn)壓器水位控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要是利用穩(wěn)壓器水位信號(hào)針對(duì)開閉排水閥以及啟停補(bǔ)水泵等進(jìn)行控制，從而能夠在規(guī)定的限制之內(nèi)針對(duì)穩(wěn)壓器的水位進(jìn)行控制，并且使冷卻劑裝量在冷卻劑系統(tǒng)當(dāng)中保持恒定值。一旦規(guī)定的限值被其中的穩(wěn)壓器水位超過(guò)，就會(huì)有報(bào)警信號(hào)發(fā)出。

下圖1 是穩(wěn)壓器水位控制系統(tǒng)原理圖，其主要的組成部分就是驅(qū)動(dòng)電路、補(bǔ)水泵、水位測(cè)量裝置、控制器以及穩(wěn)壓器等。預(yù)先設(shè)定的不同的水位定值由其中的H0表示，而實(shí)際運(yùn)行水位則由其中的H 表示。

圖1 穩(wěn)壓器水位控制系統(tǒng)原理圖

1.2 穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要作用就是使穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況下的穩(wěn)壓器壓力的波動(dòng)能夠處于正常的范圍之內(nèi)；與此同時(shí)，還需要使穩(wěn)壓器壓力在正常的瞬間工況下可以在規(guī)定的限制之內(nèi)得到控制，從而防止出現(xiàn)各種事故，并且避免出現(xiàn)安全閥動(dòng)作。

下圖2 是該系統(tǒng)的原理示意圖，該系統(tǒng)主要的組成部分為相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路、電加熱器、釋放閥、噴霧法、控制器、壓力測(cè)量單元以及穩(wěn)壓器等。其中控制系統(tǒng)的核心是控制器，其能夠?qū)Σ煌膲毫Χㄖ?P0進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，從而有效的保證繼電式控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)選擇遠(yuǎn)傳式壓力變送器進(jìn)行壓力測(cè)量，因此能夠以實(shí)際的需要為根據(jù)，對(duì)冗余多信道或者單信道進(jìn)行選擇，從而針對(duì)實(shí)際運(yùn)行壓力 P 進(jìn)行測(cè)量。控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是其中的電加熱器、釋放閥以及噴霧閥。通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓器的壓力信號(hào)的利用，其能夠針對(duì)電加熱器的釋放閥、噴霧閥的開閉進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)的控制，最終能夠在規(guī)定的范圍之內(nèi)對(duì)壓力進(jìn)行控制。一旦出現(xiàn)超過(guò)規(guī)定的限值的穩(wěn)壓器壓力，就會(huì)有報(bào)警信號(hào)發(fā)出來(lái)。針對(duì)電氣設(shè)備（電加熱器、釋放閥以及噴霧閥0 等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的元件就是驅(qū)動(dòng)電路，其主要構(gòu)成部分就是接觸器以及繼電器，可以在控制屏內(nèi)針對(duì)其進(jìn)行安裝，其中包括電加熱器控制屏以及閥門控制屏等。

圖2 穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng)原理圖

2 基于可編程控制器的穩(wěn)壓器壓力水位控制系統(tǒng)

基于可編程控制器的穩(wěn)壓器壓力水位控制系統(tǒng)能夠?qū)⑹咕幊炭刂破饔行У慕Y(jié)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路以及相應(yīng)的測(cè)量單元，這樣就能夠檢測(cè)水位以及壓力，同時(shí)還能夠?qū)嵤┒ㄖ蹬袛啵谶壿嬁刂茊卧臈l件當(dāng)中納入判斷結(jié)果，最終將系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制完成。

穩(wěn)壓器壓力水位控制器主要包括以下幾個(gè)部分，也就是輔助電路、繼電器輸出模塊、開關(guān)量輸入模塊、模擬量輸入模塊、CPU模塊以及電源模塊等，同時(shí)光電隔離也能夠在電氣上實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸出、邏輯運(yùn)算以及隔離采集控制信號(hào)的功能。一臺(tái)可編程控制器在本系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用能夠?qū)⒖刂扑灰约胺€(wěn)壓器壓力的功能完成。

2.1 系統(tǒng)的硬件配置情況

① CPU 模塊：其能夠?qū)⑴cI/O 模塊的通訊完成，并且保證邏輯控制的實(shí)現(xiàn)，CPU315-2DP 的數(shù)據(jù)內(nèi)存最大，具有128K 字節(jié)，因此在針對(duì)用戶程序進(jìn)行處理的時(shí)候具有極快的速度，達(dá)到了<0.1μs 的位操作時(shí)間，同時(shí)還具備將近1024 個(gè)的數(shù)字量通道以及可裝模塊數(shù)量。其能夠?qū)μ幚砥髦g的快速通訊起到有效的支持作用，并且具備RS—485 接口，能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行非常方便的通訊。

②模擬量輸入模塊：該模塊主要是采集電壓信號(hào)，并且通過(guò)A/D 向著數(shù)字信號(hào)的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)還將其向CPU 模塊輸送，并且還可以通過(guò)對(duì)開關(guān)量輸出模塊的利用將控制信號(hào)及報(bào)警信號(hào)發(fā)出來(lái)。

③開關(guān)量輸入模塊：該模塊主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量(通斷)信號(hào)進(jìn)行接收，其輸入端口包括以下幾種規(guī)格，也就是32 個(gè)、16個(gè)以及8 個(gè)，能夠以實(shí)際的需要為根據(jù)對(duì)其進(jìn)行選擇， LED 存在于每個(gè)端口之上，可以有效的診斷故障。

④開關(guān)量輸出模塊：該模塊能夠分為三種類型，也就是雙向可控硅輸出、晶體管輸出以及繼電器輸出。繼電器輸出模塊不僅能夠?qū)χ绷髫?fù)載起到有效的驅(qū)動(dòng)作用，同時(shí)也能夠針對(duì)交流負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其輸入端口包括以下幾種規(guī)格，也就是16 點(diǎn)輸出以及8 點(diǎn)輸出，能夠以實(shí)際的需要為根據(jù)對(duì)其進(jìn)行選擇， LED 存在于每個(gè)端口之上，可以有效的診斷故障。

2.2 系統(tǒng)的軟件開發(fā)

由各種功能模塊一起構(gòu)成了系統(tǒng)的控制軟件，其中包括SCL語(yǔ)言編寫的專用模塊以及PCS7 提供的功能模塊，可以將其劃分為兩大部分，也就是水位控制系統(tǒng)以及壓力控制系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)功能模塊方式的運(yùn)用針對(duì)控制軟件進(jìn)行構(gòu)建，其具有類似的軟件與控制原理圖。其不僅能夠?qū)λ休斎胼敵鲂盘?hào)的實(shí)際值進(jìn)行了解，同時(shí)還能夠?qū)φ麄€(gè)控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行了解，并且能夠針對(duì)控制參數(shù)及設(shè)定值實(shí)施在線修改。

3 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究

本文研究了基于可編程控制器的穩(wěn)壓器壓力水位控制系統(tǒng)的運(yùn)行成果。并且以該壓水堆工況運(yùn)行的實(shí)際情況為根據(jù)，研究了其中的汽輪機(jī)升負(fù)荷、降負(fù)荷工況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，控制方案的要求在該系統(tǒng)當(dāng)中能夠得到有效的滿足，不僅具有較高的控制精度，同時(shí)還具備較好的動(dòng)態(tài)性能。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。壓力、水位在該系統(tǒng)當(dāng)中能夠在程序定值的±2%范圍內(nèi)得到有效的控制，從而大幅度的提升了壓力、水位控制的精度。

4 結(jié)語(yǔ)

可編程控制器技術(shù)在基于可編程控制器的穩(wěn)壓器壓力水位控制系統(tǒng)當(dāng)中得到了有效的應(yīng)用，同時(shí)該系統(tǒng)還對(duì)其強(qiáng)抗干擾能力、配置靈活以及模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分的利用，從而保證了集壓力水位控制于一體的控制目標(biāo)。立足于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)，在穩(wěn)壓器壓力水位控制系統(tǒng)中針對(duì)可編程控制器技術(shù)進(jìn)行充分的運(yùn)用是完全可行的，而且具有非常好的靈活性、可靠性以及穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠十分方便的維護(hù)和修理控制系統(tǒng)。因此其保證了可編程控制器技術(shù)在反應(yīng)堆控制系統(tǒng)中的運(yùn)用，同時(shí)還推動(dòng)了對(duì)反應(yīng)堆數(shù)字化控制系統(tǒng)的研制。

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