基于PLC控制下核電站風險監測和自動控制平臺的探究

凌偉榮

（紹興文理學院 元培學院，紹興 312000）

1 核電站的PLC系統

PLC系統采用可編程的控制系統，分為控制總線和操作總線。PLC系統支持核電站內所有數據的實時監控和傳輸。PLC的系統的整體結構有下面幾個部分組成：

1.1 PLC中央服務器

PLC的中央服務器是整個控制系統的神經樞紐，每個PLC系統最少會有一個CPU ，其按PLC的要求對數據進行儲存，并采集現場狀態和信息數據，所有的站內信息、整體數據都會由其統一管理，已達到核電站內部的信息集中化和統一化。

1.2 PLC控制系統工作中心

PLC控制系統工作中心是控制系統與核電站內部人員進行信息操作的設備，其主要功能就是給操作人員提供相應的人機對話界面，把整個系統的運行操作情況清晰的展現在操作人員的面前，并對核電站的生產工作的全過程進行實時監控。PLC控制系統可以同時提供多個正常畫面，提供可以顯示全貌的模擬顯示屏[3]。

1.3 網絡線路以及交換機

PLC控制系統將整個核電站分為了主干網和子網兩個層面。PLC系統采用主干交換機與服務器相連的方式對整個核電站進行控制。

1.4 PLC系統控制器

PLC系統控制器是核電站整個自動化控制系統的控制中樞。PLC主要由電源模塊、I/O接口、CPU、內存組成，采用模塊化的結構，通過數據總線的相互關聯，完成全程監控。

1.5 PLC局域網

PLC系統的滲透力超過了其他的同系列的系統，具有很好的控制體系，高效的實時監測能力。PLC的小體積結構安裝簡單，對現場環境的適應能力強，降低了成本。

1.6 PLC（I/O）模塊

PLC控制系統是將多個控制器以及（I/O）模塊分散后進行聯網。這樣的聯網方式，可將核電站的生產工作情況全部通過網絡信息傳達到中央服務器，確保信息集中統一，同時為了避免個別的系統設備的故障造成整個核電站體系的安全危險，提高了PLC控制系統的可靠能力。

1.7 電源模塊

220伏特或110伏特的交流電。

隨著我國計算機信息水平的不斷提高，控制管理技術的進一步發展，PLC控制系統多樣化的研究更加豐富多樣，比如計算系統、計數系統、數控模塊。這些功能模塊與核電站的傳感器、控制器等設備直接相連，在完成核電站控制管理的基礎上還可以對所有的設備進行隨時診斷。目前，PLC控制系統的硬件水平還有待提高一些模塊的功能還不是很強，品種也不夠齊全，需要后期的進一步研究發展。

2 核電站風險監測和自動化管理的基本內容

核安全問題是全世界所關注的問題。核安全的最終目標就是通過各種手段建立安全防范措施，保證對輻射危害的有效防御。日本9.0級大地震，造成日本核泄漏，致使日本國地大面積的損傷，更是影響相鄰國家的人民出行、生活的安全。可想而知，核安全問題的重要性。在正常情況下，核電站要保證放射性照射低于規定的范圍，并確保堆芯的安全，確保核安全。工作人員要充分利用核電站自動化管理技術，對核電站進行系統的規范化管理，保證核能發電任務的有效完成。

2.1 核電站風險監測內容

2.1.1 輻射數據管理

核電站風險監測系統核能設備進行監控，不間斷的收集其劑量數據并做好備案儲存。通過所備案的所有信息，根據相關的測量尺度，計算個人以及集體的各項累積劑量，與規定的劑量范圍做比較，如果超出既定范圍，并立即發出警報信息，同時生成數據統計報表。

2.1.2 控制監管

核電站風險監測系統會對人員、限制區域以及任務的授權進行有效管控。該系統可以進行，錄入、刪除、修改人員、區域以及任務的基本資料信息，并對人員、區域和任務進行授權和取消授權。

2.1.3 設備安全監視

核電站風險監測系統會對輻射監測設備進行全程監視，會接受輻射裝備發送的設備狀態數據，及時做好備案，并記錄下設備發生的異常信息，通過獲取的數據進行安全管控。

2.1.4 人員通行控制

核電站風險監測系統會根據每個人的累積劑量以及人員、任務、區域的相關授權情況，對工作人員的進出通行情況作出正確判斷，同時對作出的錯誤的的判斷可以及時的進行更正和處理。

2.2 核電站自動化管理的基本內容

反應堆的監視、運行、管理、廢料的處理；發電機的啟動、運行、停止等狀態；發電站下變壓器的運行管理，電廠變流站的運行管理；電輸送；實時監控；信息共享；等等

核電站自動化，可以做到“無人值班”，計算機進行全程監控，減少了人為的操作失誤，保證了管理的有效性、快速性、紀律性，又減少了使用人工管理的成本。

3 PLC系統的內部運作方式應用于核電站的優點

PLC借助程序編程的方式將繼電器、計數器等硬件實體控制，通過邏輯控制編輯的方式，大大減少了控制器所需的硬件空間，提高了核電站運行的效率，減少了錯誤的產生。PLC可編程系統在核電站運作中有以下優點：

3.1 成本低

PLC系統是小型化的系統，利用已有的配電網絡進行傳輸，大大減少了安裝PLC系統的投入，降低了核電站建設的資金成本。

3.2 范圍廣

PLC可以輕松的滲透入核電站的運作體系當中，為核電站的合理運作創造了極大的空間。

3.3 高速度

PLC擁有高速的傳輸功能，遠遠高于其他上網系統，足以支持核電站網絡需要的各種應用。

3.4 易操作

PLC應用于核電站系統，避免了繁瑣的操作步驟，可以做到“即插即用”，操作方式簡單。PLC系統面向核電站的所有技術人員、操作人員，采用實用簡單的控制模式，畫面豐富、直觀、形象。各種報表和圖形等功能具有很高的實效性。

3.5 抗干擾能力強

PLC采用可編程系統，抗干擾能力強，系統穩定性高。

3.6 實時可靠、信息共享

PLC系統控制下整個核電站網絡，可以達到信息共享、信號共享，各個部門之間從部分到整體能夠擁有充分的協調性和有效性。

3.7 整體監控

PLC系統能夠通過I/O 接口，對整個核電站的數據進行全程采集、記錄、分析、監視以及操作控制，同時系統在出現問題時，可以進行局部的故障在線維修。

3.8 設計優良

PLC采用可編程系統，在單一的地方失效時，仍然可以保持整個核電站控制系統的完整性，具有很高的可靠性。

4 PIC應用于核電站風險監測以及自動化管理方面的優勢

核工業的發展關系整個國家的興衰存亡，核安全就是核工業發展的必要保證。國家明文規定，核電站的使用必須經過概率安全評價（PSA），使安全風險控制在極低的限度之內，確保核電站安全。核電站完全在風險監測系統的實時預測和監測之下。然而，通過對系統的使用，發現其存在著計算失誤、速度慢、操作繁雜等不足，很可能會影響核電站的發展，嚴重的會造成安全威脅。PIC采用的可編程存儲器，具有可靠性強、抗干擾能力強、速度靈敏、容易操作、體積小、價格便宜等優勢，運用于核電站工作將大大提高核電站風險監測的安全性以及對核電站自動化管理的有效性。

4.1 PIC應用于核電站風險監測的優勢

核電站實時風險計算是風險監測器的核心，一直是研究的熱點。在核電站風險監測中包括了“割集法、重解法以及混合法”三種風險監測方式。一是割集法。其雖然能快速計算風險，但是不能保證核電站所有狀態下都是最小割集。二是重解法。其雖然能保證計算結果正確，但是計算的速度較慢。三是混合法。其存在截斷問題，雖然能提高計算精度，但是如果計算方法不當，計算速度仍會很慢。IPC采用可以編程的程序存儲器，用來存儲運算、計時、計數以及算術運算等操作指令，具有計算精確、計算快速、高可靠性以及很強的抗干擾能力，真正提高了核電站風險監測的能力。

4.2 PLC自動化控制系統的特點

PLC控制系統應用于核電站，被控量主要是核輻射、溫度、壓力、流量、個人輻射累積量等。PLC控制系統的發展，改變了核電站控制系統的局限性，使得對核電站的自動化控制日趨合理性、有效性。PLC計算機控制系統就是以計算機技術為基礎的可編程控制系統，是由被控對象、PLC系統、監測儲存以及執行中心組成的合理化控制系統。如圖1所示：

4.3 PIC的自動化管理優勢

4.3.1 反應快，速度靈敏

PLC取代了傳統的機械觸電繼電器，采用輔助繼電器，去除了復雜的導線連接，加入了邏輯關系，使得繼電器接點變位幾乎為零，加強了計算以及各種算術能力，提高了工作效率。

4.3.2 抗干擾，可靠性強

PLC控制系統取代了傳統的繼電器技術，抗干擾的能力大大加強，能夠適合在核電站這一復雜工業環境下工作，提高了安全系數。

4.3.3 易操作，可塑性強

核電站工作人員的自動化知識、技術參差不齊，面對較難上手的程序容易出現問題。PLC技術操作簡單，容易上手，采用簡單的指令結構，形象、直觀的表達方式，讓核電專業人才去除了對自動化控制知識的盲點，確保了操作的安全有效性。

5 PLC運用于核電站的發展前景

5.1 網絡化和數字化將進一步深化

當前，控制管理系統技術日益成熟完善，尤其是DCS系統。結合DCS系統的優勢，進一步完善PLC系統，使其數字化、智能化得到進一步加強。未來在PLC系統管控下核電站的風險監測與自動化能力將會更加具有穩定性、高效性。

圖1 控制系統簡圖

5.2 規格更加豐富

根據核電站地理環境，規模大小等因素的不同，未來PLC系統在核工業的領域中，品種將會越來越多樣化，規格也會更加的完備，使PLC系統對核電站風險監測以及自動化管理更加合理化。

6 結束語

核電站采用PLC控制系統的優勢是顯而易見的。隨著我國計算機技術的不斷提高，自動化水平不斷發展，PLC在核電站體系運作中的比重將會越來越大，功能也將會越來越多樣化。未來，集控制、維修、技術管理和教育培訓等功能于一體的更高級的智能控制體系將會成為核電站自動化管理的發展趨勢。

[1] 許耀武, 薛大知, 奚樹人. 核電站實時風險管理系統[J].核動力工程, 1997, 18(4): 298-302.

[2] 許耀武. 風險技術優化技術規格書的方法與核電站實時風險管理系統[D]. 北京: 清華大學, 1997.

[3] 馬進, 等.“核能發電原理”, 中國電力出版社, 2007.