摘要：介绍时序控制的应用及Ovation中时序设置的原则，通过现场除氧器液位控制试验中出现的问题，分析时序控制对逻辑功能的影响，提出解决时序问题的方案，并使用时序图对方案进行微观分析，现场测试解决方案并通过，得出正确的时序逻辑，以维持控制系统稳定。
关键词：时序；执行周期；脉冲带宽；逻辑组态
前言
某电厂一期工程共建设2台单机容量为1250MW的AP1000机组，电站主控制系统采用Emerson Ovation平台搭建，是全数字化仪控系统，这不同于传统的模拟系统，逻辑中存在的潜在错误或缺陷在特定触发条件下会引起错误的指令输出，造成系统功能失效，从而对核电站的安全稳定运行造成潜在严重影响。对Ovation控制系统而言，时序控制的错误正属于这种潜在的错误，很难去发现，因此，有必要对Ovation控制系统中的时序控制作深入研究。
1.时序控制应用
1.1时序控制介绍
时序可理解为在DCS的一个执行周期内，完成一个控制循环，各个环节执行的顺序[1]。执行周期由组态工程师配置，执行周期确定后，控制系统输入输出数据将在每个周期内更新一次，输入输出数据由每个逻辑块运算产生，而每个逻辑块之间按照特定的顺序依次执行，最终完成控制运算和信号输出。可以认为DCS中控制器的控制过程是串行完成的，即在固定的执行周期内，它将顺序地完成输入数据采集、控制逻辑运算和控制信号输出等过程。在下一个执行周期内，仍然按照同样的执行顺序依次执行。由于每个逻辑块的执行顺序是固定不变的，因此工程师在进行软件组态时，必须在保证逻辑功能正确的同时，要保证逻辑块执行顺序的正确性，确保控制逻辑正确执行。模拟量控制中时序的错误，将会影响控制系统的精度，开关量控制中时序的错误，可能会造成错误的指令输出，例如设备误动或拒动。
1.2时序控制在Ovation中的应用
在Ovation控制系统中，其控制器中的算法逻辑是顺序计算的，算法模块的执行有先后次序，这种有次序的执行方式即为Ovation中的时序控制。Ovation的算法块有输入输出块、快速布尔算法块以及宏模块等多种算法块，每个算法块在组态时都定义了时序，同一页逻辑图中默认的时序为从左到右、从上到下先后执行，用户可查看或修改每个算法块的时序，调整时序时可以针对每个算法块单独调整，也可以根据算法块分布的位置进行水平或垂直调整。涉及到一些特殊算法块时，尤其是一些模拟量运算的带跟踪功能的算法块，需要特别注意时序问题，同时，在组态过程中，若新加入模块到逻辑中，需要考虑新加入模块对其它已有模块时序的影响。
2.Ovation平台时序控制
2.1典型实例
某电厂主控制系统采用Ovation平台搭建，逻辑均按顺序执行，正确的时序对控制系统的稳定至关重要。在简单的输入输出运算逻辑中，时序问题往往不容易发现，若逻辑中涉及到短脉冲、延时、信号跟踪等复杂运行时，时序问题往往就会产生，尤其是在一些宏模块当中，时序错误将会导致大量的逻辑执行错误，不能达到预期的控制效果，不利于电厂控制系统的稳定。某电厂在执行二回路除氧器液位控制试验时，发现控制系统存在时序错误，液位控制不能达到预期目的，经过多方位测试排查，给出多种解决方案，并重新测试通过。
机组正常运行时，除氧器液位维持在0mm，一旦机组发生甩负荷，除氧器液位控制将进入窄量程限流模式，限制过多的凝结水进入除氧器，维持给水泵的净正吸入压头，当除氧器液位低于-1100mm时，将退出窄量程限流模式，除氧器液位进入Return模式，为了防止产生大的控制偏差，除氧器液位控制阀的设定值SV将会自动置为退出限流模式时的除氧器液位实侧值，而后SV值再以0.3333mm/s的速率趋近于0mm，当SV值达到0mm时，退出Return模式。然而，当执行相应控制试验时，并没有出现预期的Return模式，具体操作步骤如下：
图1 速率限制宏模块逻辑
（1）强制除氧器液位控制模式到自动控制模式；
（2）模拟一个甩负荷信号脉冲，确认除氧器液位控制进入窄量程限流模式；
（3）确认除氧器液位控制阀设定值为0mm，即图1中的INPUT SIGNAL为0mm；
（4）强制实际液位为-1200mm，即强制图1中的TRACKING SIGNAL信号为-1200mm；
（5）除氧器退出窄量程限流模式，将立即产生带宽为0.1秒的脉冲0，即图中1的AUTO MODE将在0.1秒内变为0，此后一直为1，按照预期，0.1秒后除氧器液位设定值Y（OUTPUT SIGNAL）将立即变-1200，但是，实际上0.1秒后Y变为0，预想的Return模式并没有出现。
图2 速率限制器宏模块时序
图2中，每个逻辑块中的数字为其时序，执行时按照从小到大的顺序依次执行。从宏观逻辑来判断，退出窄量程限流模式后，Y的值将会在速率限制器模块RATE（序号16）的作用下，从-1200mm以0.3333mm/s的速率趋近于0mm，但是实际上Y（OUTPUT SIGNAL）的值显示一直为0，因此，针对此情况，考虑脉冲长度、扫描周期、时序等微观条件，对这一特殊试验状态做2个执行周期内的时序图，见图3。
注：Ovation逻辑的执行周期由组态工程师设定，上述逻辑的执行周期设置为0.1秒。
图2中，第16时序执行的模块为速率限制模块RATE，其输入为INPUT SIGNAL，输出定义为Vout，第17时序执行的模块为数值切换模块，其输入为Vout，输出定义为Tout，Y的值一直等于Tout。根据图3，在第一个执行周期开始之前，A（AUTO MODE）的值为1，Vout的值为0mm，Y的值为0mm，TRACKING SIGNAL的值为-1200mm，在第一个周期开始执行后，A的值在0.1秒内变为0，当执行到t0时刻，RATE模块开始执行，由于上一时刻的Vout值为0mm，其中，Vout的值通过跟踪Tout的值来获取，而此时INPUT SIGNAL为0mm，所以Vout的值保持不变，继续为0mm，当执行第17时序的数值切换模块TRANSFER时，由于FLAG为0，因此Tout的值变为-1200mm，Y的值也将变为-1200mm。下一个执行周期开始后，A的值变为1，当执行RATE模块时，由于上一时刻的Vout值为0mm，而此时的INPUT SIGNAL依然为0mm，因此，Vout的值继续保持不变，仍然为0mm，而执行TRANSFER模块时，由于FLAG的值为1，Tout的值将切换成Vout的值0mm，因此，在第一个执行周期结束后，Y的值变为0mm，即除氧器液位设定值立即变为最初的设定值0mm，无法实现Return模式的控制。
图3 初始时序图
2.2原因分析及处理措施
从以上的分析可知，在第一个执行周期内，Vout的值跟踪上一时刻Tout的值，而RATE模块却在TRANSFER模块之前执行，因此，造成Vout不能及时正确的赋值，输出错误的指令。针对此情况，给出两种解决方案：
（1）修改参数A的脉冲长度，由0.1秒改为0.2秒；
（2）调换RATE模块和TRANSFER模块的执行顺序。
第一种解决方案，是基于脉冲带宽对时序控制逻辑的影响，由于逻辑执行周期为0.1秒，而参数A的脉冲带宽仅为0.1秒，很容易对时序控制造成影响。使用第一种方案测试后，除氧器液位控制逻辑达到预期控制效果，窄量程限流模式退出后，除氧器液位控制进入Return模式，且设定值从-1200mm以0.3333mm/s的速度趋近于0mm，达到0mm后，退出Return模式。第一种方案的时序图见图4。
在图4中，第一个执行周期开始前，A=1，Vout=0mm，Tout=0mm，第一个周期开始执行后，A的值变为0，而Vout的值跟踪上一时刻Tout的值为0mm，Y的值保持不变，第二个周期开始后，A的值保持为0，Vout的值跟踪上一时刻Tout的值为-1200mm，Y值继续保持-1200mm，第二个周期结束后，A值变为1，Vout的值则在速率限制器模块的作用下逐渐增大，Tout的值则在TRANSFER模块的作用下赋值为Vout的值，即Y的值在速率限制器模块的作用于趋近于0mm，达到预期的控制效果。
图4 更图4 改脉冲带宽时序图
由于修改脉冲带宽需要修改原始逻辑，这将要付出大量的人力和物力，从时间、经济角度考虑，这种修改方案是不提倡的。为了实现原始逻辑的正确组态，现场采用了第二种修改方案，在第二种方案中，TRANSFER模块先于RATE模块执行，因此，Vout的值通过跟踪Tout的值可以正确赋值，经过测试，达到预期控制目的，时序图见图5。
图5 修改时序后的时序图
在图5中，第一个执行周期开始前，A=1，Vout=0mm，Tout=0mm，第一个周期开始执行后，A的值变为0，Tout的值变为-1200mm，而Vout的值跟踪上一时刻Tout的值变为-1200mm ，第二个周期开始后，A的值变为1，Tout的值在TRANSFER模块的作用下继续保持-1200mm，Vout的值则在速率限制模块的作用下变为-1199.9667mm，第二个周期结束后，A值保持为1，Tout的值赋为Vout的值，Vout的值则在速率限制器模块的作用下逐渐增大，在这种控制状态下，Y的值将在速率限制器模块的作用于趋近于0mm，达到预期的控制效果。
3.结束语
除氧器液位控制未能达到预期的控制效果，主要是因为在Ovation组态中时序错误的原因，这种时序问题在宏观逻辑检查中很难发现，对控制系统的稳定形成威胁，只有和一些特殊工况结合起来，比如时间脉冲、执行周期等因素，才会将错误暴露出来。因此，在逻辑组态时，必须分析每个模块之间的处理顺序，对于复杂逻辑，需要利用时序图，从微观分析每一步逻辑执行完成后控制系统的输出状态，确保可靠、正确的数据处理顺序 ，才能保证控制系统的稳定。
参考文献：
[1] 师鹏，张燕平，罗继峰，杨新超：DCS执行周期和时序对逻辑功能的影响，陕西电力，2011，8；86-89
论文作者:马波1,郑健2,沈艳强3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/6
标签：时序论文; 逻辑论文; 模块论文; 周期论文; 液位论文; 组态论文; 脉冲论文; 《电力设备》2019年第2期论文;