關(guān)于安全級(jí)平臺(tái)兩系不一致報(bào)警的分析

白杰，姚興瑞，王博（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116319）

關(guān)于安全級(jí)平臺(tái)兩系不一致報(bào)警的分析

白杰，姚興瑞，王博（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連 116319）

隨著國(guó)內(nèi)核電開(kāi)發(fā)的大繁榮，關(guān)于電站安全級(jí)控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)引入了幾家有資質(zhì)的廠家。國(guó)內(nèi)某核電站安全級(jí)DCS系統(tǒng)采用的安全級(jí)平臺(tái)，為提高設(shè)備的可靠性，減小系統(tǒng)故障的概率，該平臺(tái)采用雙CPU運(yùn)行的模式，實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了雙系CPU數(shù)據(jù)不一致情況，該文對(duì)于不一致的原因與故障處理做了深入分析。

安全級(jí)平臺(tái)；兩系不一致；報(bào)警

1　引言

為保證安全級(jí)DCS系統(tǒng)的可靠性，機(jī)組控制平臺(tái)用于自動(dòng)控制的控制機(jī)柜CPU有主備冗余和平行冗余兩種配置模式，不同模式CPU在實(shí)際應(yīng)用中各有千秋，確實(shí)方便維護(hù)、提高了可靠性，但也帶來(lái)了一些困擾。某核電機(jī)組安全級(jí)DCS系統(tǒng)頻繁觸發(fā)KCS005KA2（A列KCS機(jī)柜故障）、KCS006KA2（B列KCS機(jī)柜故障）報(bào)警，為運(yùn)行及維修人員帶來(lái)一定影響。為從根本上解決該問(wèn)題，工作人員對(duì)該報(bào)警進(jìn)行了跟蹤，并聯(lián)合廠家進(jìn)行了深入分析，通過(guò)仔細(xì)排查相關(guān)系統(tǒng)邏輯，綜合數(shù)據(jù)信息查明故障原因。

各類(lèi)核電控制機(jī)柜有自己的CPU冗余模式以及它們的運(yùn)行周期。平臺(tái)控制機(jī)柜CPU有兩種最常用運(yùn)行模式，一種是主備冗余模式，該類(lèi)模式能夠處理模擬量和數(shù)字量信號(hào)，兩組CPU同時(shí)運(yùn)行，主CPU向下游輸出信號(hào)，備用CPU處于運(yùn)行狀態(tài)，采集輸入信號(hào)并運(yùn)算，不對(duì)下游輸出信號(hào)，當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障時(shí)，備用CPU自動(dòng)接管控制功能，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。另一種是平行冗余模式，兩列CPU同時(shí)運(yùn)行，并同時(shí)向下游輸出信號(hào)，正常情況輸出信號(hào)是一致的，該類(lèi)模式只處理數(shù)字量信號(hào)。為保證兩類(lèi)CPU都能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求其CPU負(fù)荷必須低于70%以下。平臺(tái)各類(lèi)機(jī)柜的CPU冗余方式和運(yùn)行周期見(jiàn)表1。

表1 各主要機(jī)柜冗余方式和運(yùn)行周期參數(shù)

本文提到觸發(fā)KCS005KA2（A列KCS機(jī)柜故障）、KCS006KA2（B列KCS機(jī)柜故障）報(bào)警是SLC機(jī)柜相關(guān)報(bào)警，該機(jī)柜兩系CPU為平行冗余布置，CPU為定周期（100ms）運(yùn)行，正常情況下，兩系CPU分別獨(dú)立運(yùn)行，各自接受DI卡采集的就地信號(hào)。

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，工藝系統(tǒng)由于各種原因出現(xiàn)觸發(fā)時(shí)間極短的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)的持續(xù)時(shí)間小于CPU采集周期（100ms）時(shí)，就有可能出現(xiàn)兩系CPU采集數(shù)據(jù)不一致的情況。其中一系CPU采集到了就地設(shè)備的跳變情況，另一系未采集到該跳變，這樣會(huì)導(dǎo)致兩系CPU的實(shí)際組態(tài)出現(xiàn)不一致的情況，結(jié)合組態(tài)邏輯中的一些信號(hào)保持模塊（如延時(shí)模塊、RS觸發(fā)器、自保持回路等），原本閃發(fā)時(shí)間極短的信號(hào)就被該保持邏輯保留了下來(lái)，但由于另一系CPU一直未采集到該信號(hào)，在同樣的邏輯模塊里，得到的計(jì)算結(jié)果就會(huì)完全不一樣，就將造成兩系CPU長(zhǎng)時(shí)間不一致情況。DCS本身的自診斷功能在每個(gè)CPU運(yùn)行周期里都會(huì)自動(dòng)對(duì)比每一個(gè)模塊計(jì)算結(jié)果，當(dāng)出現(xiàn)兩系CPU計(jì)算結(jié)果不一致的情況且持續(xù)時(shí)間超過(guò)40s時(shí)，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警提示運(yùn)行及維修人員關(guān)注。

當(dāng)工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定之后，CPU經(jīng)過(guò)若干個(gè)周期的采集、計(jì)算，兩系CPU的不一致計(jì)算結(jié)果逐漸恢復(fù)一致，此時(shí)觸發(fā)兩系不一致的報(bào)警原因消失，CPU功能恢復(fù)正常。下面通過(guò)實(shí)例分析兩系CPU不一致的觸發(fā)原理。

2　ON延遲不一致

當(dāng)輸入一個(gè)小于運(yùn)行周期的“ON”信號(hào)時(shí)，如果只有一個(gè)CPU讀取到該信號(hào)時(shí)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)CPU不一致現(xiàn)象，在過(guò)了延時(shí)模塊設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，這種不一致的情況就會(huì)消失。信號(hào)形成原理見(jiàn)圖1。

圖1 ON延遲不一致

3　OFF延遲不一致

當(dāng)輸入一個(gè)小于運(yùn)行周期的“OFF”信號(hào)時(shí)，如果只有一個(gè)CPU讀取到該信號(hào)時(shí)，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)CPU不一致現(xiàn)象，在經(jīng)過(guò)了延時(shí)模塊設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，這種不一致的情況就會(huì)消失。信號(hào)形成原理見(jiàn)圖2。

圖2 OFF延遲不一致

4　RS觸發(fā)器

當(dāng)輸入一個(gè)小于運(yùn)行周期的脈沖信號(hào)時(shí)，如果只有一個(gè)CPU讀取到該信號(hào)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)CPU不一致現(xiàn)象，在RS觸發(fā)器的復(fù)位信號(hào)變?yōu)椤癘N”后，這種不一致的情況就會(huì)消失。信號(hào)形成原理見(jiàn)圖3。

圖3 RS觸發(fā)器不一致

根據(jù)平行冗余CPU的自診斷機(jī)制，當(dāng)兩系CPU內(nèi)部組態(tài)不一致時(shí)間超過(guò)40s時(shí)，就會(huì)觸發(fā)KCS005/6KA2報(bào)警。當(dāng)組態(tài)內(nèi)存在延時(shí)邏輯，采集到跳變信號(hào)的CPU保持了跳變觸發(fā)的邏輯，未采集到跳變信號(hào)的CPU保持正常狀態(tài)，延時(shí)邏輯的設(shè)定時(shí)間大于40s，兩系不一致時(shí)間超過(guò)40s后，觸發(fā)報(bào)警。

兩系不一致報(bào)警觸發(fā)的初期，由于導(dǎo)致兩系不一致的工況觸發(fā)時(shí)間極短且經(jīng)過(guò)若干CPU運(yùn)行周期后報(bào)警自動(dòng)復(fù)位，因此，定位該報(bào)警觸發(fā)的根本原因帶來(lái)了一定的困難。工作人員經(jīng)過(guò)對(duì)觸發(fā)報(bào)警時(shí)的運(yùn)行操作、系統(tǒng)設(shè)備在線(xiàn)的狀態(tài)以及CPU內(nèi)可能觸發(fā)該報(bào)警的相關(guān)邏輯進(jìn)行分析，最后定位到了觸發(fā)不一致報(bào)警的根源是重要廠用水系統(tǒng)的某壓力開(kāi)關(guān)，由于海水水質(zhì)較差，導(dǎo)致儀表管線(xiàn)堵塞，從而形成了開(kāi)關(guān)閃發(fā)的機(jī)制，并最終導(dǎo)致CPU的異常狀態(tài)。

5　可采取的處理措施

（1）工藝系統(tǒng)頻發(fā)閃發(fā)壓差高信號(hào)是導(dǎo)致CPU采集不一致的根本原因，如能改善海水水質(zhì)或壓力開(kāi)關(guān)的響應(yīng)速度，可以改善CPU的采集狀態(tài)，解決兩系不一致的問(wèn)題。但該方案對(duì)于已經(jīng)成型的工藝系統(tǒng)缺乏可操作性，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。

（2）改善CPU的采集能力，使CPU具備采集閃發(fā)信號(hào)的能力，且保證兩系CPU均能采集到相關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)，比如通過(guò)提高CPU的采集頻率、改善DI對(duì)于閃發(fā)信號(hào)的處理機(jī)制等。但由于CPU負(fù)荷的限制、DI卡改造周期較長(zhǎng)等原因，該方案無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題的時(shí)間要求。

（3）在DI采集模塊后面增加適當(dāng)?shù)难訒r(shí)模塊，通過(guò)延時(shí)模塊過(guò)濾一定時(shí)間內(nèi)的閃發(fā)信號(hào)，這樣可以解決到大多數(shù)的閃發(fā)信號(hào)，且對(duì)系統(tǒng)功能影響較小，具備較好的實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)際工程中，增加0.5秒的延時(shí)模塊，對(duì)于閃發(fā)時(shí)間小于0.5秒的信號(hào)，兩系CPU均不采集，起到了濾波的作用，減少閃發(fā)信號(hào)對(duì)于DCS的影響，解決報(bào)警閃發(fā)的問(wèn)題。

6　結(jié)論

綜合考慮以上三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終采用了第三套方案，安排合適的改造工期對(duì)該組態(tài)邏輯增加濾波處理，過(guò)濾掉不可信信號(hào)，報(bào)警消除，避免出現(xiàn)相關(guān)報(bào)警對(duì)運(yùn)行人員判斷設(shè)備狀態(tài)產(chǎn)生干擾，有效地保障了機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

The Analysis of Alarm Disaccord of Two CPUs on Safety Control System

With the development of nuclear power stations in China, many kinds of safety control systems have been applied in nuclear power stations. One plant uses one safety system. To improve the reliability of facility and reduce the probability of facility failures, the system is equipped with two CPUs which run at the same time. Sometimes two CPUs give different data. This article discusses the reason of disaccord and the way to repair the failures.

Safety control system; The disaccord of two CPUs; Alarm

B

1003-0492（2016）05-0100-03

TL362

白杰（1983-），男，四川射洪人，大學(xué)本科，工程師，2005年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)核工程與核動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于遼寧紅沿河核電有限公司，從事安全級(jí)DCS控制系統(tǒng)維保工作。

姚興瑞（1983-），男，河北邯鄲人，大學(xué)本科，工程師，2007年畢業(yè)于東北電力大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于遼寧紅沿河核電有限公司，從事安全級(jí)DCS控制系統(tǒng)維保工作。

王博（1983-），男，甘肅渭源人，大學(xué)本科，工程師，2008年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)軟件工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)就職于遼寧紅沿河核電有限公司，從事安全級(jí)DCS控制系統(tǒng)維保工作。