核電站儀控系統(tǒng)自動化的綜合分析

馬潔光 田書柘

摘 要 隨著工控行業(yè)集散控制系統(tǒng)DCS的迅猛發(fā)展，國內(nèi)核電站的儀控系統(tǒng)得到了大幅度的提升和優(yōu)化，同時核電站的儀控系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)字化的控制，使得核電站的運行效率得到大幅提高。本文主要介紹了核電站儀控系統(tǒng)的發(fā)展過程，并詳細(xì)介紹了核電站中具有代表性的數(shù)字化儀控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 核電站；DCS；集散控制系統(tǒng)；數(shù)字化儀控系統(tǒng)

1 核電站儀控系統(tǒng)的發(fā)展過程

1.1 模擬控制方式

核電站儀表控制系統(tǒng)發(fā)展的第一個階段，是以運算放大器為基礎(chǔ)的功能元件，結(jié)合繼電器組成的硬件邏輯電路的方式來實施電站的儀表控制。國內(nèi)核電站的主控制室最早采用顯示器與模擬控制操作盤相結(jié)合的控制方式，其中操作盤包括設(shè)備的控制按鈕以及相應(yīng)設(shè)備的模擬儀表。其顯著特點是模擬控制方式中控制按鈕，顯示儀表等硬件設(shè)備數(shù)量龐大，電站日常運行管理和維護任務(wù)繁重。

1.2 數(shù)字化控制系統(tǒng)結(jié)合模擬控制系統(tǒng)的方式

該方式為第二個發(fā)展階段，該模式主要組成是核電站的反應(yīng)堆保護系統(tǒng)部分采用模擬控制的方式，與安全相關(guān)部分以及非安全等級的設(shè)備，采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)方式相結(jié)合。其中數(shù)字化的控制系統(tǒng)主要采用大規(guī)模集成電路的控制處理器、采集現(xiàn)場儀表信號的輸入輸出模塊、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字顯像管技術(shù)等，組成龐大的核電站控制網(wǎng)絡(luò)。該階段儀控系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)中的硬件如儀表等設(shè)備數(shù)量大幅減少，取而代之的是大量采用軟件執(zhí)行系統(tǒng)和設(shè)備的自診斷、冗余等功能，提高了核電站儀控系統(tǒng)的運行效率，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理更加科學(xué)和方便。

1.3 智能化的數(shù)字化控制系統(tǒng)方式

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，今后的核電站控制系統(tǒng)，需進行的是利用智能化的計算機技術(shù)結(jié)合已有的核電運行經(jīng)驗與數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全廠設(shè)備的協(xié)調(diào)控制并優(yōu)化其控制策略，開發(fā)基于知識規(guī)則或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的、具有診斷能力的智能化報警系統(tǒng)，最終使核電站的儀表與控制完全基于一體化的硬件技術(shù)、一體化的軟件技術(shù)、計算機引導(dǎo)的操作規(guī)程，滿足認(rèn)知科學(xué)、知識工程與人因工程原則的要求[1]。

2 具有代表性的數(shù)字化儀控系統(tǒng)介紹

2.1 福克斯波羅公司I/A Series系統(tǒng)

?？怂共_公司的I/A Series系統(tǒng)創(chuàng)造性地采用了交換機拓?fù)涫娇刂凭W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（Mesh Control Network）作為I/A系統(tǒng)的通訊平臺。Mesh網(wǎng)絡(luò)融合了市場上最先進的交換機技術(shù)和全光纖通信線纜設(shè)計，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)通信的冗余度和抗電磁干擾的能力。I/A Series系統(tǒng)主要包括三部分。第一，應(yīng)用操作站處理機（App1ication Workstation Processor，簡稱AW）。其作用主要是與大容量存貯器相連，存儲系統(tǒng)信息和過程控制方案與數(shù)據(jù)；以及可選地與信息網(wǎng)絡(luò)相連，提供雙向的信息和圖像的交換。第二，操作站處理機（Workstation Processor，簡稱WP）。其作用主要與顯示器、工程師鍵盤、操縱員鍵盤和其他操作站設(shè)備相連，并可選地與信息網(wǎng)絡(luò)相連，提供與其相連計算機上的顯示畫面。第三，控制處理機（Contro1 Processor，簡稱CP）。其作用主要可與I/A Series現(xiàn)場總線組件和設(shè)備相連，完成控制方案。

2.2 西屋公司Ovation結(jié)合CommonQ系統(tǒng)

Ovation平臺是由美國艾默生公司開發(fā)和生產(chǎn)的，用于實現(xiàn)AP1000核電廠的非安全系統(tǒng)的運行、數(shù)據(jù)顯示和控制監(jiān)測系統(tǒng)，將基于和不基于Ovation平臺的非安全系統(tǒng)和設(shè)備集成一個體系。在針對AP1000堆型的儀控系統(tǒng)設(shè)計中，西屋采用了CommonQ結(jié)合Ovation的控制方式。核電站非安全級部分采用Ovation系統(tǒng)，用于組成核電廠非安全系統(tǒng)的運行、數(shù)據(jù)顯示、控制和監(jiān)測。

2.3 西門子TELEPERM XP結(jié)合TELEPERM XS系統(tǒng)

西門子TELEPERM XP結(jié)合TELEPERM XS集散控制系統(tǒng)是將計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)及人因分析技術(shù)于整合于一體，對核電站整體生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)控、操作及管理的一種全新數(shù)字化儀控系統(tǒng)。從核電站設(shè)備安全等級角度看，核電站分為保護系統(tǒng)、安全相關(guān)系統(tǒng)以及非安全級系統(tǒng)。TELEPERM XP核電廠過程控制計算機，主要處理核電廠過程狀態(tài)變量和安全等級較低的控制系統(tǒng)。TELEPERM XS核電廠保護系統(tǒng)計算機，主要控制保護系統(tǒng)，專設(shè)安全設(shè)施和安全級控制系統(tǒng)。

根據(jù)系統(tǒng)功能可分為：第一，過程控制級（包括電站控制級和機組控制級）：它提供在主控室對工藝過程的控制、監(jiān)測和觀察。行程儀控系統(tǒng)和主控操作員之間的接口，包括操作終端、顯示器及主控室和應(yīng)急控制室的備用監(jiān)測控制設(shè)備。第二，通信級：包括終端總線和電廠總線兩部分。終端總線是在操作和監(jiān)測系統(tǒng)框架內(nèi)部的通信級，完成過程控制級和處理級的連接。電廠總線部分通過它和其他總線將整個系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)連接起來。第三，處理級：包括OM650系統(tǒng)的信號處理計算機，用于完成各種信息信號的處理；第四，自動控制級：TXP系統(tǒng)的自動控制級包括故障安全型自動控制級（APF）和自動控制級（AP），AP是自動控制系統(tǒng)AS620B的核心部件。專為核電站設(shè)計的、內(nèi)部采用“二取二”硬件配置的故障安全型自動控制級（APF）被用于與安全相關(guān)的儀控系統(tǒng)，整個自動控制級執(zhí)行現(xiàn)場設(shè)備和系統(tǒng)的安全保護功能，并且提供自動控制級和獨立控制級之間的數(shù)據(jù)交換。

3 結(jié)束語

綜合上面的介紹，在計算機技術(shù)高速發(fā)展的今天，將計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)得到快速發(fā)展，進而提升并完善了國內(nèi)核電站儀控系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，特別是實現(xiàn)了核電站儀控系統(tǒng)全數(shù)字化的功能，促使核電站儀表控制數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、運行維護更便捷的同時也降低了核電站儀控系統(tǒng)的造價，增強了核電站儀控系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻

[1] 江潤，楊歆.核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)改造中的控制系統(tǒng)綜合應(yīng)用分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，（13）：206.