1 引言
国核一号核电站项目所使用的主蒸汽隔离阀为气液驱动的闸阀，为主蒸汽管道和蒸汽发生器提供隔离，该阀门在驱动机构丧失液压后失效关，而在电站丧失交流电或直流电源后失效保持原位。阀门可快速关闭以防止蒸汽管道破裂时的蒸汽泄露。可以从主控制室或远距离停堆室通过非安全级分布式控制系统（DCS）软控制器手动开启和关闭隔离阀，也可以从主控制室或远程停堆室通过安全级保护和安全监测系统（PMS）系统级蒸汽管道隔离开关来关闭阀门。
2 设备动作机械原理
气液阀结构复杂，多种控制方式并存，液压回路中包含4个电磁阀（S1~S4），液压回路图如图1所示。
阀门有3种驱动方式，分别为正常开阀、快关、以及慢关。
开阀使用泵测的液压回路1号和2号电磁阀和非泵侧的液压回路3号和4号电磁阀。
阀门的快关可以使用泵侧的液压回路2号电磁阀，非泵侧的液压回路3号电磁阀，或者同时使用两个液压回路。
阀门的慢关可以使用泵侧的液压回路或非泵侧的液压回路。慢关不应同时使用两个液压回路。
图 1 气液阀液压回路图
3 设备在仪控侧的控制原理
PMS侧可对气液阀进行快关操作，DCS侧可通过画面对气液阀进行慢关、打开操作，相关指令发送到PMS侧，经过优选设备PCM后通过PMS侧的继电器发往S1~S4的电磁阀设备。
每个电磁阀有2个相关的继电器（K1、K2），当K2得电时，电磁阀得电动作；当K1得电时，电磁阀失电复位，相关动作组合关系如下：
1) 开阀：S1失电、S2失电、S3失电、S4失电，以上同时满足；
2) 慢关情况1：S1得电、S2得电、S3失电、S4失电，以上同时满足；
3) 慢关情况2：S1失电、S2失电、S3得电、S4得电，以上同时满足；
4) 快关情况1：S1失电、S2得电，以上同时满足；
5) 快关情况2：S3得电、S4失电，以上同时满足。
气液阀的4个电磁阀接受PMS侧的继电器输出指令，通过不同的得电/失电组合动作相应的油路，实现对气液阀的快开、慢关、开阀动作。
图1中的电磁阀状态为失电时的状态。
4 DCS控制策略
4.1 控制需求
设备的控制面板需求如图2所示，B、D序列分别有一个控制面板，但是由于控制的是同一个电磁阀，设备的显示信号均是一致的。
图 2 气液阀控制面板
依据设备的打开输出情况，打开时，S1~S4均处于失电状态，故不管是点击B序列的打开按钮，还是点击D序列的打开按钮，B、D序列的打开指令都是同时发出的，逻辑组态的时候需要一并考虑。逻辑为当画面软操面板点击打开按钮后，向S1和S3发出失电指令，5s后向S2和S4发出失电指令。
依据设备的慢关输出情况，可以动作B序列的S1、S2得电，或者动作D序列的S3、S4得电。软控制器面板上，B、D序列的指令是分别发出去的。逻辑为当画面软操面板点击B序列慢关按钮后，向S1发出得电指令，5s后在S1已经得电的情况下向S2发出得电指令；当画面软操面板点击D序列慢关按钮后，向S4发出得电指令，5s后在S4已经得电的情况下向S3发出得电指令。
依据设备的快关输出情况，快关为PMS侧动作。逻辑为向S1发出失电指令且向S2发出得电指令；或向S4发出失电指令且向S3发出得电指令。
所有PMS发出的指令均会反馈给DCS，DCS与PMS指令优选处理后输出至2个继电器，K1和K2，K1对应于PCMOPN，K2对应于PCMCLD，K1和K2的输出可以同时为0，但不可以同时为1，继电器K2发往电磁阀S1~S4，故电磁阀得电，指的是K2继电器动作，输出为1。具体指令如下表1：
表1 电磁阀指令与继电器得失电关系
4.2 显示及报警需求
设备的显示依据设计输入，选取S2电磁阀的状态作为画面显示。
关于报警依据总体性要求，阀门的开超时、关超时、响应失败、无指令动作，均需要实现。由于分2个序列控制，在进行B、D序列组态设计的时候需要统筹考虑，且同时需要考虑从PMS设备处快关时的超时报警，以及PMS动作时，不能有无指令报警。
4.3逻辑设计
考虑到4.1与4.2中的控制与显示需求，由于B序列和D序列是分开控制的，故需要设计2套设备控制逻辑。同时，由于设备的最终显示是表示的气液阀本身，故最终的显示逻辑B序列和D序列需要合并到一起，加上PMS来的信号，生成一套显示逻辑，显示逻辑框架如图3所示
图 3 显示逻辑框架
4.3.1设备控制部分的逻辑设计
对于DCS侧B、D序列的逻辑需要设计成如下，以满足需求：
1) 打开按钮同时控制2个序列的设备控制逻辑；
2) 慢关按钮各自控制各自序列的设备控制逻辑；
3) 挂牌按钮同时控制2个序列的设备控制逻辑；
4) 快关信号是从PMS侧发生的，故当发生快关时，需要复位DCS侧B/D序列的设备控制逻辑，以复位DCS的打开/慢关指令，以防PMS侧快关指令与DCS侧的打开/慢关指令在气液阀显示逻辑中相冲突。
依据上述设计思路，设备控制逻辑框架如图4所示：
图 4 设备控制逻辑框架
此外，由于快关信号是PMS侧直接发送到S1~S4电磁阀的，DCS侧识别PMS是否有发送快关指令，只能通过表1中S1~S4的指令反馈信号来判断，图中的PMS快关指令反馈组合为S1-PCMOPN为1且S2-PCMCLD为1，或者S4-PCMOPN为1且S3-PCMCLD为1，以此进行组态。
设备的相关报警信息：开/关超时、响应失败、无指令动作B/D序列、PMS动作部分3者均会产生，且设备软操中未设计复位按钮，需要统筹考虑，组态到显示逻辑中去，故B、D序列设备控制逻辑中的相关报警逻辑需配置成取消，以免设备发生相关报警时，B/D的设备控制逻辑被闭锁。
4.3.2气液阀显示逻辑部分的逻辑设计
对于显示逻辑需要设计成如下，以满足需求：
1) 对于响应失败报警信号，需要依据打开、快关、慢关的情况不同分别进行组态，依据不同的动作状况选择相应的响应超时时间；
2) 对于开超时报警信号，需要依据启动泵的个数不同分别进行组态，选取不同的时间；
3) 对于关超时报警信号，需要依据快关、慢关的情况不同分别进行组态，选取不同的时间；
4) 气液阀的打开、关闭依据设计输入要求，直接读取S2电磁阀的状态反馈信号。
组态中对于打开、关闭（包括慢关和开关）动作的识别可以使用PMS侧设备最终K1、K2输出的指令反馈信号，也可以使用DCS侧的设备控制逻辑输出的指令信号。
对于PMS侧设备最终K1、K2输出的指令反馈信号的识别如下：
1) 对于打开动作的识别，以PMS指令反馈组合为准，依据表1，PMS打开指令反馈组合为S1-PCMOPN为1且S2-PCMOPN为1且S3-PCMOPN为1且S4-PCMOPN为1，以此进行组态；
2) 对于慢关动作的识别，以PMS指令反馈组合为准，依据表1，PMS打开指令反馈组合为S1-PCMCLD为1且S2-PCMCLD为1且S3-PCMOPN为1且S4-PCMOPN为1,或S1-PCMOPN为1且S2-PCMOPN为1且S3-PCMCLD为1且S4-PCMCLD为1，以此进行组态；
3) 对于快关动作的识别，在4.3.1章节已经说明。
对于DCS侧的设备控制逻辑输出的指令识别如下：
1) 对于打开动作的识别，以B序列或D序列，点击“打开”后，第一个电磁阀所对应的失电指令发出作为打开指令发出的初始时间；
2) 对于慢关动作的识别，以B序列或D序列，点击“慢关”后，第一个电磁阀所对应的得电指令发出作为慢关指令发出的初始时间。
5 结束语
主蒸汽隔离阀作为二回路蒸汽发生器系统的重要设备，其结构复杂，涉及先导电磁阀、液压泵、氮气存储罐等众多辅助设备，且在仪控侧同时接受PMS以及DCS的控制，相应的DCS控制策略需要深入分析、设计，以满足仪控控制、显示的要求。仪控设计人员需要在理解设备工艺的前提下，结合设计输入的要求，提取逻辑、画面的需求，在整合各项需求后，再进行完整的设计。
参考文献
[1] AP1000主蒸汽隔离阀结构特点及原理分析，徐小龙
[2] SNG-SGS-M3-001，R1，蒸汽发生器系统说明书。
第一作者简介
曹爱东，1988.04，男，江苏东台，本科，国核自仪系统工程有限公司，经理/工程师，研究方向：电厂控制系统。
