核电站电动给水泵转速调节的控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种核电站电动给水泵转速调节的控制系统及方法。该控制系统包括依次连接的数字化控制系统、勺管执行机构、液力耦合器和给水泵；其中数字化控制系统包括转速信号获取单元以及中央处理单元，转速信号获取单元用于获取转速给定值信号和转速反馈信号，中央处理单元还根据对转速给定值信号和转速反馈信号进行的逻辑处理得到勺管开度信号，以便勺管执行机构根据勺管开度信号调节液力耦合器的油位以控制给水泵的转速。本发明由数字化控制系统进行转速控制的逻辑处理，省略了现有技术中独立于DCS的PLC，同时减少了控制系统的设备数量和DCS与PLC间的信号交换，并有效缩短系统响应时间、提高转速调节的效率和稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于核电技术领域。更具体地，本发明涉及核电站电动给水泵转速调节的控制系统及方法。

背景技术

核电站电动给水泵的功能是将除氧器的水抽出，升压后经高压加热器送到蒸汽发生器。主给水泵转速控制的目的是保证蒸汽发生器的给水母管和蒸汽母管之间的压差等于一个随负荷变化的整定值，以使给水流量控制系统调节阀前后压差近似维持恒定，从而消除三台蒸汽发生器之间给水的耦合影响，满足蒸汽发生器的供水流量要求。核电工程采用数字化控制系统(digital controlsystem，DCS)对核电站仪表控制系统进行控制后，客观上为将给水泵系统控制纳入DCS创造了条件。其中，给水泵的转速调节过程通过DCS和可编程逻辑控制器(PLC)的逻辑处理共同完成(如图1所示)。DCS将其内的主给水流量控制系统(ARE)调节器的转速给定值信号传递给PLC，同时利用测速变送器将给水泵的转速反馈信号也传递给PLC，PLC随后依据设定的PID控制算法输出电流信号，通过勺管执行机构调解液力耦合器的油位，因此实现给水泵的转速调节。

上述现有技术的方案中，DCS和PLC之间的信号交换如图2所示，从DCS送至PLC的信号有：转速控制状态(AUTO或MANUAL)、手动升转速指令、手动降转速指令、转速控制指令(从ARE调节器发出)、给水泵运行状态反馈和给水泵转速信号。从PLC送至DCS的信号有：给水泵转速信号、给水泵转速<200r/min、给水泵转速<6r/min、转速大于设定值、给水泵反转信号、给水泵转速自动控制状态、给水泵处于最小转速位置、控制系统正常和控制系统故障。显而易见，DCS和PLC两种控制系统之间信号交换较多，而控制系统的响应时间为DCS和PLC响应时间之和。因此上述信号交换过程导致了过多中间环节，因此使得转速调节的响应时间增加。另外，采用上述控制系统时系统配置复杂，潜在设备故障点较多，运行和维护的成本均较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中DCS和PLC之间信号交换过多而导致的转速调节响应时间增加、系统配置复杂的问题，提供一种实现了响应时间段且配置简单的控制系统和方法；在本发明的技术方案中通过减少中间控制环节简化了给水泵转速调节的控制过程。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案得以实现：提供一种核电站电动给水泵转速调节的控制系统，包括依次连接的数字化控制系统、勺管执行机构、液力耦合器和给水泵；

所述数字化控制系统包括转速信号获取单元以及中央处理单元，所述转速信号获取单元用于获取转速给定值信号和转速反馈信号；所述中央处理单元还根据对所述转速给定值信号和所述转速反馈信号进行的逻辑处理得到勺管开度信号，以便所述勺管执行机构根据所述勺管开度信号调节所述液力耦合器的油位以控制所述给水泵的转速。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制系统中，所述数字化控制系统还包括控制模式判断单元，用于判断控制所述给水泵的转速时采用的是自动控制模式或是手动控制模式。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制系统中，所述数字化控制系统包括主给水流量控制调节器；在采用所述自动控制模式控制所述给水泵的转速时，所述转速给定值信号是所述主给水流量控制调节器产生的、待传递给所述转速信号获取单元的第一转速给定值信号。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制系统中，所述数字化控制系统包括手动定值单元；在采用所述手动控制模式控制所述给水泵的转速时，所述转速给定值信号是所述手动定值单元获取的、待传递给所述转速信号获取单元的第二转速给定值信号。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制系统中，所述数字化控制系统还包括限幅单元；若所述勺管开度信号在所述限幅单元的信号幅度范围内，则向所述勺管执行机构传递所述勺管开度信号。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制系统中，所述数字化控制系统还包括用于接收所述勺管执行机构的阀位反馈信号的勺管执行机构阀位信号获取单元。

根据本发明的另一方面，提供一种核电站电动给水泵转速调节的控制方法，包括以下步骤：

数字化控制系统获取转速给定值信号和来自测速变送器的转速反馈信号；

数字化控制系统根据对所述转速给定值信号和所述转速反馈信号进行的逻辑处理得到勺管开度信号，以便勺管执行机构根据所述勺管开度信号调节液力耦合器的油位以控制所述给水泵的转速。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制方法中，在获取转速给定值信号之前，所述方法还包括以下步骤：

判断控制所述给水泵的转速时采用的是自动控制模式或是手动控制模式；

若采用所述自动控制模式，则所述转速给定值信号是通过所述数字化控制系统内的主给水流量控制调节器产生的第一转速给定值信号。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制方法中，在获取转速给定值信号之前，所述方法还包括以下步骤：

判断控制所述给水泵的转速时采用的是自动控制模式或是手动控制模式；

若采用所述手动控制模式，则所述转速给定值信号是通过所述数字化控制系统内的手动定值单元获取的第二转速给定值信号。

在上述核电站电动给水泵转速调节的控制方法中，所述方法还包括对所述勺管开度信号进行限幅操作；若所述勺管开度信号在信号幅度范围内，则将所述勺管开度信号传递给所述勺管执行机构。

实施本发明可以获得以下有益效果：本发明的控制系统中由数字化控制系统进行转速控制的逻辑处理，省略了现有技术中独立于DCS的PLC，不仅减少了控制系统的设备数量，而且减少了现有技术中DCS与PLC之间的信号交换，从而可缩短系统响应时间，同时提高转速调节的效率和稳定性。另外，控制系统设备数量的减少可降低设备投资，有利于控制运行和维护成本。

附图说明

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。附图中：

图1是现有技术中给水泵转速调节的原理图；

图2是现有技术中DCS与PLC之间进行的信号交换的示意图；

图3是本发明的给水泵转速调节的控制系统内信号交换的示意图；

图4是本发明的给水泵转速调节的控制系统的示意图；

图5是本发明的给水泵转速调节的控制系统的另一示意图；

图6是本发明的给水泵转速调节的控制方法的流程图；以及

图7是本发明的给水泵转速调节的控制系统的另一流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和效果更清楚明白，以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应该理解的是，以下实施例仅用以解释本发明，而不对本发明做任何限制。

本发明提供了一种对核电站电动给水泵的转速进行控制的系统(以下简称控制系统)，在该控制系统中将现有技术中由PLC实现的给水泵转速调节的比例积分微分算法(PID)控制运算等逻辑处理纳入DCS的范围，从而实现所描述的转速控制。换言之，在本发明的控制系统中，DCS取代原PLC对给水泵转速进行比例积分微分计算的逻辑处理，因此可取消电动给水泵的就地PLC控制柜。同时该控制系统不需要增加其他设备，只需要将给水泵的转速反馈信号、勺管执行机构的阀位反馈信号直接送入DCS，而勺管执行机构的控制指令直接由DCS送至对应设备即可。如图3所示，其为本发明的控制系统中DCS与相应设备的信号交换示意图。与图2相比，DCS的输入/输出并没有增加，而且还减少了PLC故障信号报警等数据信息，不同设备间的信号交换过程明显得以简化。以下进一步结合附图对该控制系统予以具体说明。

如图4所示，其示出了本发明的一种核电站电动给水泵转速调节的控制系统。该控制系统10包括依次连接的数字化控制系统11、勺管执行机构12、液力耦合器13和给水泵14，数字化控制系统11通过勺管执行机构12调节液力耦合器13的油位，从而对给水泵14的转速予以控制。具体地，数字化控制系统11包括一中央处理单元111和用于获取转速给定值信号和转速反馈信号的转速信号获取单元112。与现有技术相区别的是，本发明的中央处理单元具有原PLC的逻辑处理功能，尤其具有对给水泵的转速进行控制的PID逻辑处理功能，也即中央处理单元111可依据设定的PID控制算法进行比例积分微分计算，从而输出对给水泵转速予以控制的信号。结合图3，中央处理单元111接收到转速给定值信号和转速反馈信号后可进行比例积分微分计算，从而得到勺管开度信号。DCS将该勺管开关信号输出至勺管执行机构12后，勺管执行机构12可根据勺管开度信号所反映的控制指令调节液力耦合器的油位，从而实现给水泵转速的调节。

图4所示的控制系统10还包括与转速信号获取单元112连接的测速变送器15；该测速变送器15用于测定给水泵14的转速、产生转速反馈信号，并将其反馈给转速信号获取单元112。另外，数字化控制系统11还包括用于接收勺管执行机构12的阀位反馈信号的勺管执行机构阀位信号获取单元(未图示)。

图5示出了本发明的另一核电站电动给水泵转速调节的控制系统20。同样地，该控制系统20包括依次连接的数字化控制系统21、勺管执行机构22、液力耦合器23和给水泵24，以及提供转速反馈信号的测速变送器25。除此之外，由于电动给水泵的转速调节有自动控制模式和手动控制模式两种方式，操作员可以根据机组设备的运行工况进一步选择最适用的控制模式。通常操作员可在电站计算机信息和控制系统(KIC)的控制模块下进行选择。相应地，在该控制系统20中，DCS 21包括控制模式判断单元213，其根据操作员的具体选择用于判断控制给水泵24的转速时所采用的具体控制模式是自动控制模式还是手动控制模式。不同控制模式下本发明的DCS中转速给定值信号的获取方式不同。

在自动控制模式下，由DCS内的主给水流量控制系统(ARE)调节器214产生第一转速给定值信号，例如ARE调节器发出的给水泵转速指令为4～20mA。此时DCS21的中央处理单元211根据ARE调节器214发出的第一转速给定值信号与现场测得的转速反馈信号进行比较，经过模拟量数字量转换，并依据设定的PID控制算法进行比例积分微分计算，得到勺管开度信号，从而调节液力耦合器的油位来改变给水泵的转速。

在手动控制模式下，由DCS内的手动定值单元215获取操作员手动输入的第二转速给定值信号，例如操作员根据机组设备的工况输入给水泵转速指令为5～15mA；该模式下勺管执行机构阀位信号获取单元实时获取勺管执行机构12的阀位反馈信号，并以该阀位反馈信号作为监控手动控制模式的跟踪信号。手动控制模式下操作员可在KIC上进行升速或降速操作。手动定值单元215根据操作员的输入最终调节输出到勺管执行机构的信号大小，从而调节液力耦合器的油位，最终实现给水泵转速的手动控制。

进一步地，本发明的DCS 21还包括限幅单元26，其对自动控制模式下和手动控制模式下中央处理单元211确定的勺管开度信号进行限幅，以确保给水泵的转速在设定的上下限之间。具体地，仅当勺管开度信号在限幅单元26的信号幅度范围内时，向勺管执行机构22传递该勺管开度信号。此处的信号幅度范围由系统初始设定。

本发明的另一方面提供了一种给水泵转速调节的控制方法。与现有技术中不同的是，该控制方法中进行比例积分微分计算的过程是在DCS内完成，尤其在DCS的中央处理单元内完成；另一方面，DCS与勺管执行机构间直接进行信号交换，计算得到的控制信号(即勺管开度信号)直接送往勺管执行机构，而后者的阀位反馈信号直接送至DCS。具体地，如图6所示，该控制方法的步骤S11为数字化控制系统获取转速给定值信号和来自测速变送器的转速反馈信号，在步骤S12数字化控制系统对转速给定值信号和转速反馈信号进行比例积分微分计算，得到勺管开度信号(该计算过程基于设定的PID控制算法进行)，以便勺管执行机构根据勺管开度信号调节液力耦合器的油位，从而控制给水泵的转速。

图7所示为给水泵转速调节的控制方法的另一流程图，该控制方法中进行比例积分微分计算的过程是在DCS内完成。步骤S21中，通过DCS的控制模式判断单元判断控制给水泵的转速时采用的是自动控制模式还是手动控制模式。不同控制模式下获取转速给定值信号的依据不同。步骤S22a，若为自动控制模式，ARE调节器向DCS的转速信号获取单元发出其产生的第一转速给定值信号作为系统所需的转速给定值信号(步骤S23a)。步骤S22b，若为手动控制模式，则由DCS的手动定值单元根据操作员的手动输入获取第二转速给定值信号并在步骤S23b将该第二转速给定值信号作为系统所需的转速给定值信号。下一步骤S24中，通过数字化控制系统的转速信号获取单元获取转速反馈信号，在步骤S25通过数字化控制系统的中央处理单元对第一或第二转速给定值信号和转速反馈信号进行比例积分微分计算，得到勺管开度信号；该计算过程基于设定的PID控制算法进行。在步骤S26中对中央处理单元输出的勺管开度信号进行限幅操作，也即判断勺管开度信号是否超出信号幅度范围。仅在未超出的情况下，在步骤S27中向勺管执行机构传递中央处理单元确定的勺管开度信号。在步骤S28勺管执行机构根据该勺管开度信号调节液力耦合器的油位，从而控制给水泵的转速。

本发明的控制系统和方法均在DCS内完成对给水泵转速的逻辑处理和控制；由于取消了电动给水泵的就地PLC控制柜，控制过程中所涉及的信号交换和控制环节减少，不仅减少系统响应时间，同时也有效提高了控制系统的可靠性。与此同时，控制系统设备量的减少有利于控制运行和维护成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例，其目的并不在于将本发明限制或约束于上述实现方式。凡在本发明的范围内对本发明所做出的任何修改和替换均应包含在本发明权利要求所限定的范围内。