核电非安全级SOE信号及DI信号处理方法

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摘要：在核电厂的控制系统中，SOE信号和带时标DI信号主要应用于要求准确记录开关量输入时间的监控对象，以便区分多个受控对象动作的先后顺序，从而有效地完成核电非安全级DCS的控制及监控功能，实现核电厂的可靠和稳定运行。介绍了核电非安全级DCS系统中soe信号及带时标的di信号处理方法，包含SOE信号及带时标DI信号的信号格式、传输路径、传输精度的描述，为从业人员提供参考。

关键词：核电；分散控制系统；事件顺序记录；时标；控制器

为了应对全球能源消耗加剧的局面，响应节能、环保、减排的号召，世界各国清洁能源份额稳步提升。中国作为碳排放大国，也将稳步发展清洁电源，其中核电对于优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要意义。随着核电自动化程度的提高，非安全级设备各种类型的输入信号被广泛应用于控制系统中，SOE（事件顺序记录，SequenceofEvents）作为带有动作时间标记的功能可以记录，其动作准确、快速，在核电厂控制系统中广泛使用。本文以MACS6系统的NM系列硬件为例，介绍了核电厂非安全级DCS（分散控制系统，Dis-tributedControlSystem）中的SOE信号及带时标的DI（数字量输入，DigitalInput）信号的处理方法，包含SOE（事件顺序记录，SequenceofEvents）信号及带时标DI信号的信号格式、传输路径、传输分辨率的处理方案等。

1信号简介

核电厂的DCS通常分为安全级、安全相关级和非安全级三种DCS类型，其中非安全级DCS中有SOE信号及带时标的DI信号。SOE信号即事件顺序记录信号，主要用于在事故发生时，记录多个开关量输入信号变位的准确时间，以便于区分多个变位的先后顺序。带时标的DI信号是一种DI信号类型，与普通DI信号的区别在于除了能够记录DI信号的0、1状态外，其相对应的IO（输入/输出，Input/Output）卡件自身还能够记录DI信号的毫秒级的变位时间。对于通常的DCS系统硬件来说，其记录的精度可达到几十毫秒，同时在系统的软件组态中通过修改DI数据刷新率来控制其精度。

2信号处理方式

在硬件方面，以DCS系统组态软件的MACS6系统中NM系列硬件为例，SOE信号和带时标的DI信号，可共用NM62*A的硬件来完成数据采集。在软件方面，主要由组态软件的算法页来完成系统组态，同时在操作监视层LEVEL2进行信号显示。

2.1信号的格式

2.1.1SOE信号SOE信号以MACS6系统为例，可以由NM系列硬件（NM62*A）采集信号，记录260条SOE事件，但每个控制器运算周期最多上传20条SOE事件，如果超过20条，会分成若干个周期报上去，但每次最多上传20条记录。每条记录与带时标的DI信号都包含所有通道的通道状态，共6个字节，即三个word字，三个word字可分为三部分：一个部分为时间、一个部分为发生变位的通道的状态、一个部分为发生跳变的通道号。因每次上传20条记录，故20条记录则总计占60个word，再加上两位公用的word位，共计62个word。与带时标的DI信号区别：仅在于两者的分辨精度不一样，SOE点时间精度是1ms，而带时标的DI点时标精度最小只能设置到10ms，通常的默认设置为30ms。一个控制器的输入缓存区的大小是3.5kB（3548byte），而每一个NM系列的SOE模块需要占用的缓存区大小为124byte（即62个word字）。所以单个控制站内最多可容纳的SOE点为3584/124=28个模块。其对应的数据格式见表1：SOE数据转存周期是指采集设备每间隔多少时间向采集设备的缓冲区存储一次数据。每次存储的SOE事件可能不止一条记录，存储的记录条数等于120ms内发生的变位时刻的数量。如120ms内有5个时刻发生通道变位，则记录5条SOE信号记录，并在120ms结束时向缓冲区转存5条SOE信号记录。通常，默认SOE信号的刷新时间为120ms，可根据具体需求更改，其SOE信号的刷新时间大小不影响SOE信号的精度。每间隔一次SOE信号所设置的数据刷新时间，进行一次SOE事件的刷新，硬件缓冲区中最多记录260条，如果超过260条记录，那么最早的一条SOE事件记录将被冲顶掉。以表1为例，表中“第20次SOE事件记录”为最新。SOE事件总次数N用于表示当前周期上报的SOE记录条数，如果当前没有SOE事件记录，且SOE信号卡件缓冲区里面数据全部上报完毕的话，记录N回零。2.1.2带时标的DI信号带时标的DI信号是指所采集的DI信号是带有时间标识的信号。以MACS6系统为例，这些信号由NM系列硬件（NM62*A）采集的一种信号类型，可记录4条带时标的DI事件记录，每一条中都包含所有通道的通道状态。每条记录之间的时间间隔等于DI信号数据刷新时间，每条记录共6个字节，即三个word字，三个word字一个为时间，一个为16个通道各自的状态，一个为发生跳变的通道号。以DI信号数据刷新时间等于30ms为例具体的变位记录方式见表2：由表2可见，每隔30ms新的记录会作为第一条记录，较早记录按照时间先后向下顺延，最早的一条记录将被冲顶掉。表中颜色相同的记录为同一条记录。其中DI信号数据刷新时间是指采集设备每间隔多少时间向采集设备的缓冲区存储一次数据。每次只保存一条记录，这一条记录中包含所有通道的变位信息，且这一条记录的变位时刻是DI信号数据刷新时间的整数倍。由于记录的变位时刻是DI信号数据刷新时间的整数倍，所以其大小影响DI信号的时标精度，刷新时间越小则时标精度越高。默认数值为30ms，可更改。如在30ms内没有DI信号的变位发生，则不做事件记录，且信号的序列号不改变，如表2中浅色部分。相差四个上报周期的两组数据才会完全不一致。带时标信号的DI点的采集周期是30ms×4＝120ms，这样理论上只要算法运行的周期小于120ms，就不会造成数据丢失。

2.2数据处理框图

SOE信号和带时标的DI信号的数据流向和数据周期参见图1所示。图1中的DP（数据处理，DataProcessing）主卡是指控制器内设备，以不断连续循环的方式与DP从站进行通讯以获取从站的状态信息并下发控制指令。DP主卡与IO从站之间是不断循环检测从站状态的，从站数量越多，那么数据交换量越大，则DP主卡检测从站所需的时间就越长。控制器运行程序是指完成控制器与IO卡件的通讯功能，与组态软件的通讯功能，与上层服务器的通讯功能，完成控制器的自诊断功能以及算法页的运算、数据的控制器内存储等所有功能。控制器的执行周期为50ms，一般不可更改。因此，控制器运行程序的运算周期是50ms，即每隔50ms进行一次数据检测。如果SOE的数据刷新率或DI的刷新周期太小，小于控制器的运算周期的话，那么就有可能在控制器还未进行数据采集的时候，SOE或DI的数据已经进行了多次刷新，那前几次的时标就会被最后一次的覆盖，导致可能丢失一部分的时标信息。算法页的执行周期由用户自定义，一般定义为可设置的50ms的整数倍，为保证DI点的分辨精度，设置为50ms。需要说明的是，由于DI点的报警是在算法中完成的，如果要保证报警DI点的报警信息不发生丢失，达到DI的50ms分辨率要求，需要设置带时标的DI硬件参数为30ms扫描周期，则凡是要支持高分辨率DI的控制站均须设置为POU（程序组织单元，Program-mingOrganisationUnit）的任务周期为50ms，这样才能保证达到50ms的分辨精度。LEVEL2每隔500ms向控制器发送一次数据请求，控制器将相关数据返回给LEVEL2（操作监视层，OperationMonitor-ingLayer）。数据中包含各物理点的状态、SOE及DI的时标以及其他LEVEL2需要的数据。

2.3数据分辨率

2.3.1SOE信号在同一控制站内，SOE信号的分辨率为1ms，不同的控制站的站间分辨率为2ms。2.3.2带时标的DI信号带时标的DI信号的精度受到DI信号刷新率和软件滤波时间的共同影响，其中软件滤波时间是指采样卡件的硬件中设置的DI信号或SOE信号的消抖时间。如一个DI点的软件滤波时间为10ms，其DI信号刷新率为30ms，那么其实际的精度应该小于（10＋30ms）＝40ms，实际由试验得到的精度大概为36ms～37ms之间。

3结束语

在核电非安全级DCS中SOE信号和带时标的DI信号都是控制系统中比较重要的信号，在出现事故或者跳变时用于分析事故和跳变出现的原因，因此对于这两种信号的处理方式更加重要。只有有效地记录了这些信号的事件信息，才能为核电厂重要运行状态得到监测、记录和事故分析提供正确的数据，保证核电站机组平稳的运行。

参考文献

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作者：杜慧 单位：中国华电科工集团有限公司