數字化控制系統配置管理問題分析及應對策略

梁紅培

（三門核電有限公司，浙江臺州 317112）

1 核電廠數字化控制系統

數字化（Digital）是基于香農采樣定理，將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立適當的數字化模型，把它們轉變為一系列二進制代碼（用0 和1表示），引入微處理器（計算機）內部，進而實現后續一系列的處理和應用，這是數字化技術應用的基本過程。應用數字化技術的數字化設備實現功能，是基于內部微處理器中電子化程序的執行。

基于更多的需求以及4C（Computer 計算機產品、Communication 通信產品、Consumer electronics 數碼家電、COM網絡產品的合稱）技術的飛速發展，目前采用數字化技術的綜合性數字化控制系統（Digital Control System）中，最典型的是集散控制系統（DCS），其利用通信網絡把分散在現場執行數據采集和控制功能的控制站與主控室的各種工作站連接起來，實現分散控制、集中管理。

數字化控制系統在三門核電廠得到了極其廣泛的應用，包括DCS 和大量的PLC。此外，火警、通信、弱電、實體保衛、電梯、吊車等用到的監控系統也都是數字化控制系統。三門核電廠主要的數字化控制系統情況如下：①發電直接相關的控制系統：基于Ovation 平臺的DCS，包括電廠控制系統（PLS）、數據顯示和處理系統（DDS）、運行和控制中心（OCS）；②停堆和專設觸發功能的安全保護系統：基于Common Q 平臺的保護和安全監控系統（PMS）；③多樣化安全后備系統（DAS）；④預處理水廠應用的廣利核（原和利時）DCS，1 套；⑤用于電廠配套設施（BOP）等的PLC，共計260 余套；⑥堆本體儀表系統（IIS），兩個信號處理機柜；⑦專項控制系統，如輻射監測系統（RMS）、特殊監測系統（SMS）、地震監測系統（SJS）的軟硬件等。

2 數字化控制系統配置管理的難點

（1）過程中動態的配置平衡。配置管理既要保證靜態的一致性，又要確保動態的配置平衡，這是配置管理的一大難點所在。在數字化控制系統全生命周期過程中，任何環節和領域都要采用流程和工具等管理方式來保證：配置管理“三角”要始終保持一致；所有的變更要經過授權審批；符合性是可以審核和審計的。

（2）數字化設備數量大，品牌、型號、種類多，更新速度快。由于數字化控制系統的特殊性及其在核電廠中的廣泛應用，電廠的數字化系統設備數量大，設計方和供貨廠家眾多；由于技術發展和需求變化，數字化設備更新換代非?？?；數字化控制系統軟件由于功能變化及小缺陷和漏洞的修復，補丁發布和軟件升級更新頻率高。產品更新和軟件升級換代快，給后續核電廠的數字化控制系統的配置管理工作帶來了挑戰。

（3）數字化控制系統軟件的配置管理難度大。由于數字化控制系統中使用了大量的軟件，使得數字化控制系統及其軟件的配置項的確定難度大，配置管理和配置控制方式完全不同于常規的可見實體設備，一些關鍵軟件配置信息的缺失給后續工作帶來了挑戰。長期來看，三門核電廠數字化控制系統的配置管理面臨著同時維護多機組長壽期（幾十年壽期）的挑戰。后續三門一期、二期、三期全部建成將有6 臺機組，數字化控制系統的數量成倍增加，而人力資源投入有限?？紤]人員流動等問題，5～10年后的人員并不熟悉整個數字化控制系統的演變歷史和詳細細節，可能存在巨大的風險。這對后續的配置管理也是挑戰，如何應對6 臺機組的數字化控制系統配置管理可能導致的風險和挑戰，需要提前做好理論、流程和工具的準備。

（4）軟件技術的復雜性及軟件變更控制問題。目前三門核電廠一期工程中，1 號機組和全廠公用系統的數字化控制系統永久變更，業主自行處理的已有90 個左右。西屋控制的軟件升級最新到達ICP-12.07，軟件釋放或者升級20 次左右，涉及到300余個問題的數千項內容的修改。臨時軟件邏輯變更30 個左右，還有2 號機組的變更陸續產生，這些臨時軟件邏輯變更需要轉永久變更，一些記錄的待改進項后續也要通過變更來處理。

3 三門核電廠總體應對策略

3.1 全生命周期的完整覆蓋

數字化控制系統軟硬件的所有配置信息都應有所體現，如文件、清單、手冊、軟件光盤、備份鏡像等，不能僅僅依賴正在運行的軟件來確認軟件的配置項信息。數字化控制系統的任何改動都應該有評估流程且有記錄，不管是臨時還是永久的，包括軟件邏輯和畫面修改、信號強制、定值和參數修改、數據庫點信息配置修改等。

3.2 建立專門的軟件配置管理大綱

針對軟件配置管理的問題，除了已有的通用程序《配置管理》之外，應用軟件配置管理理念再建立《軟件控制大綱》專項程序[1]。目前，三門核電廠已經逐步建立起數字化設備和軟件的配置管理框架和格式，并取得了一定的成果。將所有可執行源代碼作為配置文件發布，將所有工具軟件、光盤或者其他可讀的介質送信息文檔歸檔。建立并維護和更新軟件記錄表，確保技術軟件記錄表上的每個軟件的信息為最新狀態。建立軟件責任人負責制，為每個軟件分配軟件責任人或者責任人組。這些措施為后續的配置管理工作打下了基礎。

3.3 分級和分類的策略

數字化控制系統的軟硬件范圍非常廣泛龐雜，從1E 的保護系統到功能復雜的Non-1E 控制系統，再到功能單一的數字化設備，各類設備的配置管理要求的嚴格程度大不相同：1E 保護系統需要按照最嚴格的執照、法規標準來執行，需要特殊的配置管理大綱來控制；對于Non-1E 和功能單一的數字化設備不需要專門的配置管理大綱，但是這些設備也要通過一定的方式進行配置控制和管理。三門核電廠根據軟件控制大綱將軟件進行質保分級，分為安全相關（SR）、質量相關（AQ）、非安全相關（NS）。針對SR、AQ、NS 三類軟件，明確每類軟件的配置管理要求及需要準備、審查、歸檔和維護的文件。針對最重要的設備和軟件，投入人力和資源進行重點、完整、全面的配置管理。

3.4 常規配置外的配置管理工作

整合電廠總體的配置管理，以常規的配置管理理念和要求，完成設計要求、設計文件、現場實體的配置管理工作；再結合數字化控制系統的特點，針對不同類型的硬件設備和軟件，額外開展工作。具體的工作方式和成果如下：

（1）針對安全相關的設備和軟件，發布三門核電廠PMS 配置信息清單，包括軟件（細化到每個處理器）、硬件、應用程序（Node Box）、運行環境和工具；發布PMS 可調參數配置清單；發布RTD 增益偏差參數清單。

（2）針對質量相關的DAS 和Ovation 中重要的控制邏輯，發布如下文件：組態邏輯文件，I/O 清單，PID 差異化參數清單（參數變動記錄），可調參數變動記錄等。

（3）非安全相關的，發布非安全相關技術軟件信息清單和組態文件，包括PLC 軟件信息清單。

（4）建立專門的參數管理程序。調試和啟動階段，大量的可調參數（PID 參數等）存在優化、調整、完善的情況，對這些變動進行分析評估和記錄并作為配置項進行維護。

4 配置管理關鍵活動的實施

4.1 配置項標識

（1）配置項的標識方法。三門核電廠利用設備編碼、位號、點名、站號、軟件編號、文件編碼、存檔檔案號等作為數字化控制系統的標識，這些信息是變更控制和配置狀態統計的基礎，也是審核和復審的基礎。在正常運行期間應慎重增加和減少配置項。

（2）實體硬件配置項標識。通過設備數據庫（SPMS）和設備配置圖、接線圖等來標示和控制設備信息，每個受控設備都分配編碼作為唯一標識；材料表（BOM）用于部件標識。受控文件、QA記錄等跟設備編碼在設備數據庫中進行關聯。

（3）軟件配置項標識。軟件配置項按如下標識方法進行：①使用軟硬件配置項表單記錄配置信息，將軟件文件名、大小、數據、版本等信息與硬件設備編碼信息關聯起來；②使用配置數據表記錄應用數據和參數信息；③使用圖紙類型碼來標識軟件邏輯圖，并與硬件設備編碼關聯；④使用受控的存儲介質存儲軟件配置信息，如光盤等記錄存檔；⑤使用專用的工程師站或數字化配置管理服務器存儲和獲取配置文件，配置項放入配置庫中，并確保安?？刂?；⑥標識過程要覆蓋完整軟件生命周期中的各個階段所涉及到的配置項。

4.2 基線控制

繼承西屋設計階段已有的基線管理工作成果，吸收西屋的AP1000 儀控項目基線管理的經驗。對于影響基線的變更，按照上游系統的設計變更流程完成需求評估，確定基線變更內容，固化數字化控制系統的設計輸入，再進一步開展軟件等變更工作。

4.3 版本控制

在西屋文件和軟件版本的基礎上采用版本控制工具，對每一個公布的變更文檔版本做出標識，包括一個版本的歷史情況，如每個變更的內容、日期、人員以及變更原因等，便于后續查找文件變化的整個歷史。

4.4 專門的軟件變更控制管理流程

在《軟件控制大綱》下開發了子程序《技術軟件控制大綱實施細則》，建立專門適用于軟件的變更控制流程。將整個流程分為62 個步驟，包括軟件分級、需求明確、開發、測試、驗證和確認、實施（或軟件移植）、驗收、關閉等環節。

軟件變更前必須明確原設計的意圖，并評估變更對原設計的影響。軟件變更的實施仍然通過現場變更通知釋放軟件變更文件包到現場的方式來執行。

5 結束語

針對三門核電廠數字化控制系統配置管理面臨的挑戰，探討總體策略，借助配置管理平臺+版本控制管理工具，建立了三門核電廠數字化控制系統全生命周期的配置管理體系。這些成果對三門核電廠數字化控制系統后續配置管理工作有重大意義，為數字化控制系統的長期穩定運行打下了堅實的基礎。