基于DCS的MSR再热温度控制器的设计和改进

摘要

本文研究汽轮机汽水分离再热器(MSR)再热温度控制器(RTC)的改造问题。课题来源于我国第一个核电厂秦山核电厂的实际生产需要。课题类型属于工程应用技术研究。课题的中心是基于DCS的MSR再热温度控制器的设计和改进。全文共分八章。 论文描述了课题的来源、意义、课题的研究内容、研究方法，以及关键技术。介绍了MSR在核电厂作用、工作流程和RTC的工作原理。对目前世界上核电站常用的各型号MSR的结构、部件功能和设计要求进行了调查和研究。同时，对秦山核电厂MSR的基本技术参数和再热温度控制的控制特性进行了分析。讨论了MSR 7种运行方式和它们之间的相互切换，从而对控制对象有了深入的了解，为再热温度控制器的软硬件设计奠定基础。基于此，本文对RTC改造进行了可行性分析。探讨了改造的必要性、改造的范围和目标。重点分析和比较了核电厂广泛使用的主要三种数字化控制产品：可编程控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、现场总线（FIELD BUS）三种方案的优缺点，得出采用DCS改造RTC的依据，并从安全和技术角度分析了采用DCS的可行性和可靠性。 本文还进行了设计的功能需求分析。从MSR的工作流程和运行方式出发，结合核电厂多年运行经验，分析原系统的软件框图，设计出了RTC 7种运行方式的逻辑框图和再热温度控制的控制回路。在功能需求的基础上，本文进行了RTC的优化设计并付诸实施。从硬件的可靠性，冗余设计，各种抗干扰措施，软件的可靠性等多个方面对系统进行了优化设计。最后，介绍了RTC的逻辑功能和调节功能如何在应用软件的组态图上实现，以及RTC操作员站设计界面的设计。 进一步地，作者还进行了数学模型的建立和仿真试验。在MSR的蒸汽流程里，分析了阀门、蒸汽流量、蒸汽容量、传热过程等的内在物理规律，导出传递函数，得出数学模型。然后，在MATLAB上建立由数学模型组成的控制回路，验证了数学模型的可信度。在实施阶段，把这个数学模型移植到现场的基于DCS的RTC系统上，将模型与在线的控制系统相连接，进行混合仿真程序，来验证系统设计的正确性。然后，对系统的进行了进一步的优化和完善。 最后，作者对改造的RTC系统进行了综合评价。在系统性能方面，对新老系统进行了各个方面的比较，分析了基于DCS的新系统固有的优越性、可靠性和可维修性，证明这是一次成功的改造。