核電站儀控系統自動化的綜合分析

馬潔光 田書柘

摘 要 隨著工控行業集散控制系統DCS的迅猛發展，國內核電站的儀控系統得到了大幅度的提升和優化，同時核電站的儀控系統實現了數字化的控制，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的發展過程，并詳細介紹了核電站中具有代表性的數字化儀控系統。

關鍵詞 核電站；DCS；集散控制系統；數字化儀控系統

1 核電站儀控系統的發展過程

1.1 模擬控制方式

核電站儀表控制系統發展的第一個階段，是以運算放大器為基礎的功能元件，結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合的控制方式，其中操作盤包括設備的控制按鈕以及相應設備的模擬儀表。其顯著特點是模擬控制方式中控制按鈕，顯示儀表等硬件設備數量龐大，電站日常運行管理和維護任務繁重。

1.2 數字化控制系統結合模擬控制系統的方式

該方式為第二個發展階段，該模式主要組成是核電站的反應堆保護系統部分采用模擬控制的方式，與安全相關部分以及非安全等級的設備，采用數字化儀控系統方式相結合。其中數字化的控制系統主要采用大規模集成電路的控制處理器、采集現場儀表信號的輸入輸出模塊、網絡通信技術、數字顯像管技術等，組成龐大的核電站控制網絡。該階段儀控系統的特點是系統中的硬件如儀表等設備數量大幅減少，取而代之的是大量采用軟件執行系統和設備的自診斷、冗余等功能，提高了核電站儀控系統的運行效率，使系統數據管理更加科學和方便。

1.3 智能化的數字化控制系統方式

隨著計算機技術的不斷發展，今后的核電站控制系統，需進行的是利用智能化的計算機技術結合已有的核電運行經驗與數據，實現全廠設備的協調控制并優化其控制策略，開發基于知識規則或神經網絡理論的、具有診斷能力的智能化報警系統，最終使核電站的儀表與控制完全基于一體化的硬件技術、一體化的軟件技術、計算機引導的操作規程，滿足認知科學、知識工程與人因工程原則的要求[1]。

2 具有代表性的數字化儀控系統介紹

2.1 福克斯波羅公司I/A Series系統

福克斯波羅公司的I/A Series系統創造性地采用了交換機拓撲式控制網絡結構（Mesh Control Network）作為I/A系統的通訊平臺。Mesh網絡融合了市場上最先進的交換機技術和全光纖通信線纜設計，極大地提高了網絡通信的冗余度和抗電磁干擾的能力。I/A Series系統主要包括三部分。第一，應用操作站處理機（App1ication Workstation Processor，簡稱AW）。其作用主要是與大容量存貯器相連，存儲系統信息和過程控制方案與數據；以及可選地與信息網絡相連，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備相連，并可選地與信息網絡相連，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現場總線組件和設備相連，完成控制方案。

2.2 西屋公司Ovation結合CommonQ系統

Ovation平臺是由美國艾默生公司開發和生產的，用于實現AP1000核電廠的非安全系統的運行、數據顯示和控制監測系統，將基于和不基于Ovation平臺的非安全系統和設備集成一個體系。在針對AP1000堆型的儀控系統設計中，西屋采用了CommonQ結合Ovation的控制方式。核電站非安全級部分采用Ovation系統，用于組成核電廠非安全系統的運行、數據顯示、控制和監測。

2.3 西門子TELEPERM XP結合TELEPERM XS系統

西門子TELEPERM XP結合TELEPERM XS集散控制系統是將計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通信網絡技術、CRT技術及人因分析技術于整合于一體，對核電站整體生產過程進行集中監控、操作及管理的一種全新數字化儀控系統。從核電站設備安全等級角度看，核電站分為保護系統、安全相關系統以及非安全級系統。TELEPERM XP核電廠過程控制計算機，主要處理核電廠過程狀態變量和安全等級較低的控制系統。TELEPERM XS核電廠保護系統計算機，主要控制保護系統，專設安全設施和安全級控制系統。

根據系統功能可分為：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、監測和觀察。行程儀控系統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急控制室的備用監測控制設備。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測系統框架內部的通信級，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和分布式控制系統連接起來。第三，處理級：包括OM650系統的信號處理計算機，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AS620B的核心部件。專為核電站設計的、內部采用“二取二”硬件配置的故障安全型自動控制級（APF）被用于與安全相關的儀控系統，整個自動控制級執行現場設備和系統的安全保護功能，并且提供自動控制級和獨立控制級之間的數據交換。

3 結束語

綜合上面的介紹，在計算機技術高速發展的今天，將計算機技術和網絡通信技術相結合的集散控制系統得到快速發展，進而提升并完善了國內核電站儀控系統的開發和應用，特別是實現了核電站儀控系統全數字化的功能，促使核電站儀表控制數據的精準、運行維護更便捷的同時也降低了核電站儀控系統的造價，增強了核電站儀控系統的安全性和可靠性。

參考文獻

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