Common Q在AP1000 PAMS中的應用

劉子介

（中國廣東核電集團中廣核工程有限公司，深圳 518124）

1 引言

Common Q（Common Qualified Platform）平臺是美國ABB CENP 公司下屬EPRI（Electric Power Research Institute：電力研究院）利用ABB AC160 PLC系統和平板顯示系統FPDS（Flat Panel Display System）開發的1E級數字化軟硬件平臺（1E級DCS），已獲得美國NRC（核管會）的批準[1-2]。目前主要用于組成AP1000核電廠保護和安全監測系統，如反應堆保護和安全監測系統的監視和控制系統，事故后監視系統（PAMS：Post-Accident Monitoring System）。Common Q平臺是一套計算機系統，由專用于核電廠的、經過合格鑒定的商用級硬件和軟件構成，裝載了電廠專用應用軟件，以執行核電廠安全系統的不同功能。在AP1000核電廠中，Common Q實現安全級儀表和控制系統，屬于1E級設備，開放式系統。不依據特定設備而聚焦于在設計和儀控系統所使用的方法上。

2 Common Q平臺系統硬件

Common Q平臺系統硬件主要由下列部分組成：

（1）由PM 646處理器模塊組成的Advant控制器ABB AC160；AC160執行安全系統應用軟件的保護算法，其處理器模塊是PM 646，PM 646采用32位MC68360處理器，包含2個微處理機插件。

（2）ABB S600系列I/O模塊；包括模擬量I/O模塊、數字量I/O模塊、脈沖計數和轉動速度模塊。每個控制站的S600 I/O總容量：1500個（軟限制）I/O通道和75個（軟限制）I/O模塊。

（3）總線接口CI631模塊和Common Q通信系統。

（4）電源模塊。

（5）看門狗時鐘模塊。

（6）平板顯示系統（FPDS）。

（7）機柜。

2.1 Comm on Q控制柜硬件（Level 1）組成

（1）AC160系統

AC160系統有三種類型的硬件模塊：處理器模塊（PM 645C和PM 646模塊），S600系列模擬量和數字量輸入輸出模塊（8種S600模件），和通信模塊。這些模塊安裝在19英寸子機架里。一個或兩個子機架可組態成一個最小的AC160 系統。機架或子機架可安裝一個或多個處理器模塊，一個電源模塊，至多18個I/O模塊和通信模塊[3]。

1）機架

處理器與I/O機架及擴展機架均為19英吋機架，圖1為AC160機架典型布置圖。

2）機柜

由一個或多個AC160系統組件構成機柜。圖2為AC160典型機柜圖。

圖1 AC160機架典型布置圖

圖2 AC160典型機柜圖

（2）AC160系統CPU處理器

一個AC160組件使用1～6個處理器組成。使用處理器的數量取決于應用程序所需要的處理能力和速度，原則上使用的處理器處理能力應有不低于30%的余度。AC160系統通過邏輯組態能實現核電站控制所需的所有功能。包括邏輯和順序控制，模擬量數據處理，算術運算和脈沖計數等[4]。

CPU（處理器）模塊有兩種型號，PM 646與PM 645C，采用ABB AC160（Advant Controller 160）PLC研制而成。

（3）S600 I/O系統

AC160使用ABB S600 I/O系統輸入輸出模塊。I/O模塊有模擬和數字兩種，包括溫度測量，脈沖計數，位置和轉速測量以及其他通常的應用。I/O（輸入/輸出）模塊包括以下類型：數字量輸入模塊：DI620；數字量輸出模塊：DO620，DO625，DO630；模擬量輸入模塊：AI620，AI635；模擬量輸出模塊：AO650；數字脈沖輸入模塊：DP620。

（4）總線通信接口和Common Q平臺的通信系統

總線通信接口模塊為CI631，提供帶冗余的AF100（Advant Fields 100）總線通信接口。CI631模塊具有全局存貯器，通道中的AC160模塊可與通道中的其他模塊共享通道處理數據。

Common Q平臺使用三種類型的數據通信系統：AF100網絡通信系統、高速連接（HSL：High-Speed Link）串行通信系統、外部通信系統，如常用的以太網（Ethernet）。AF100在通道間傳輸處理數據和信息（如AC160系統與FPDS之間），處理的數據用于一個過程的監視和控制，信息用于程序的調用和診斷；HSL在一個多系統內和其他通道傳輸數據，光纖模塊和光纜維持冗余的安全通道隔離；外部通信系統用于Common Q平臺與其他系統傳輸計算數據，如和核電站非安全級控制系統傳輸數據。主要通信相關的模塊：總線通信接口模塊CI631；光纖調制解調器TC630，TC514，OZDV114；線調制解調器TC525。

（5）電源系統采用冗余電源配置方案，發光二極管提示電源工作狀態，在一路電源發生故障時，熱備的一路自動無擾切入。無擾切換時間大約40微秒，能確保一路電源發生故障時熱備電源及時切入，防止存貯器失電，確保維持一路電源故障前的運行狀態并保證故障后的正常的操作。

（6）看門狗時鐘模塊

具有計時功能的外部看門狗時鐘模塊用于檢測動態指示器的缺陷，同時監視處理系統的動態指示器。基于上述應用，門狗時鐘可用于故障通告，驅動通道跳閘，設置預定義的輸出狀態。連接到外部系統的隔離。

2.2 Comm on Q的人機接口硬件（Level 2）組成

（1）人機接口—平板顯示器系統（FPDS）

CENP將FPDS應用于Common Q平臺，FPDS由平板顯示模塊、基于單板機的微處理模塊和A 160及其他部件或系統通信的通信接口組成。顯示模塊為在高保真環境光線下易讀的彩色薄膜晶體管平板顯示器，該顯示模塊使用下拉式菜單的觸摸顯示屏提供圖形界面（GUI：Graphical User Interface）。FPDS的GUI功能提供一個類似常用的臺式計算機功能終端，具有鍵盤，鼠標或軌跡球。FPDS提供操作員模塊（OM：Operator’s Module）和維修測試盤（MTP:Maintenance and Test Panel）的功能。圖3為Common Q典型的AC160 FPDS結構連接圖。

圖4為Common Q典型的AC160 FPDS實物照片。

圖3 Common Q典型的AC160 FPDS結構連接圖

圖4 Common Q典型的AC160 FPDS

圖5 使用FPDS的AP1000主控室

（2）主控室（MCR: Main Control Room）人機接口

主控室的操作員模塊（OM）提供如下功能：變更設定值，觀察控制棒位置，操作員人機接口。維修測試盤（MTP）安裝在設備柜內實現維修和測試功能。MTP允許操作員或技術員旁路一個通道，初始化自動測試，顯示詳細的系統診斷信息。每個Common Q安全通道需要一套OM和一套MTP。圖5為使用FPDS的AP1000主控室效果圖。

3 Common Q平臺系統軟件

3.1 Common Q預先開發軟件（PDS：Previously Developed Software）

CENP使用PDS軟件支持Common Q AC160系統和FPDS系統。PDS由實時操作系統、任務調度程序、診斷程序、通信接口和核電站專用應用程序組成。PDS在Common Q中的應用例子如下：操作系統；編輯器，連接器，和加載器；數據庫軟件；通信驅動器；人機接口軟件；顯示構建軟件。

PDS分兩種類型，一種當Common Q執行安全功能時住留在Common Q存儲器中，執行如Run time等功能；另一種PDS用作開發和支持工具。

3.2 Comm on Q應用軟件

Common Q應用軟件，使用ABB AMPL（ABB Master Programming Language）語言控制組態ACC（AMPL Control Configuration）軟件產生專用的邏輯應用程序，執行對工藝系統的監控。ACC自帶功能塊庫能給組態人員提供很大的便利。

顯示構建工具軟件支持FPDS人機接口顯示的開發，包含豐富的圖符庫，自行創建圖符也十分方便，人機接口十分友好。

4 Comm on Q在AP1000事故后監視系統（PAMS）的應用

Common Q應用在AP1000事故后監視系統（PAMS）中，執行驅動1E級相關的報警和顯示系統。由獨立的兩個通道執行事故后監視功能。

圖6 Comm on Q PAM S單通道典型組態示意圖

Common Q PAMS執行下列功能：堆外熱量監視；反應堆壓力容器液位監視；低溫冷卻水邊界監視；執行NRC RG(Regulatory Guide) 1.97所要求的設備監視。

構建Common Q PAMS系統所必須監控的最少信息量如見表1。

按執行功能、重要程度的不同對變量進行了分類定義，共計14種變量，分別是A1，A2，B1，B2，B3，C1，C2，C3，D2，D3，E2，E3，F2，F3。變量A1為主變量用于診斷/為操作提供必須的信息，B1為主變量用于監控過程/保持關鍵安全功能，C1為主變量監控核屏障潛在破口，A2，B2，B3，C2，C3提供補充信息，D2為主變量用于監控核電廠安全相關系統性能，E2為主變量用于監視判斷大量放射性物質釋放和對持續排放的評估，F2為主變量用于監控使用非安全相關系統手動預案執行，D3，E3，F3提供補充信息。

表1

5 結論

AP1000作為第三代非能動先進壓水堆，具有先進性和經濟性的特點。建設內陸核電站，是我國積極推進核電建設方針的重要組成部分。Common Q作為AP1000 DCS 1E級數字化平臺，與目前嶺澳二期DCS 1E級數字化平臺TXS、紅沿河寧德DCS 1E級數字化平臺MELTAC-N PLUS本質相同，但是軟硬件上完全不一樣，本文對Common Q軟硬件及其在PAMS上的應用作了介紹。

[1] 林誠格等. 非能動安全先進核電廠AP1000[M]. 北京:原子能出版社, 2008.9.

[2] 林誠格等. AP1000技術與我國大型先進壓水堆技術研發. 2007年三代核電技術報告會會議論文,2007.

[3] Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev.16 Chapter2.

[4] Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev.16 Chapter 7.

[5] ABB·CE,CENPD-396-P,Rev.1.Common qualified platform.