核电站仪控系统自动化的综合

摘要：随着工控行业集散控制系统DCS的迅猛发展，国内核电站的仪控系统得到了大幅度的提升和优化，同时核电站的仪控系统实现了数字化的控制，使得核电站的运行效率得到大幅提高。本文主要介绍了核电站仪控系统的发展过程，并详细介绍了核电站中具有代表性的数字化仪控系统。

关键词： 核电站；DCS；集散控制系统；数字化仪控系统

1 核电站仪控系统的发展过程

1.1 模拟控制方式

核电站仪表控制系统发展的第一个阶段，是以运算放大器为基础的功能元件，结合继电器组成的硬件逻辑电路的方式来实施电站的仪表控制。国内核电站的主控制室最早采用显示器与模拟控制操作盘相结合的控制方式，其中操作盘包括设备的控制按钮以及相应设备的模拟仪表。其显著特点是模拟控制方式中控制按钮，显示仪表等硬件设备数量庞大，電站日常运行管理和维护任务繁重。

1.2 数字化控制系统结合模拟控制系统的方式

该方式为第二个发展阶段，该模式主要组成是核电站的反应堆保护系统部分采用模拟控制的方式，与安全相关部分以及非安全等级的设备，采用数字化仪控系统方式相结合。其中数字化的控制系统主要采用大规模集成电路的控制处理器、采集现场仪表信号的输入输出模块、网络通信技术、数字显像管技术等，组成庞大的核电站控制网络。该阶段仪控系统的特点是系统中的硬件如仪表等设备数量大幅减少，取而代之的是大量采用软件执行系统和设备的自诊断、冗余等功能，提高了核电站仪控系统的运行效率，使系统数据管理更加科学和方便。

1.3 智能化的数字化控制系统方式

随着计算机技术的不断发展，今后的核电站控制系统，需进行的是利用智能化的计算机技术结合已有的核电运行经验与数据，实现全厂设备的协调控制并优化其控制策略，开发基于知识规则或神经网络理论的、具有诊断能力的智能化报警系统，最终使核电站的仪表与控制完全基于一体化的硬件技术、一体化的软件技术、计算机引导的操作规程，满足认知科学、知识工程与人因工程原则的要求[1]。

2 具有代表性的数字化仪控系统介绍

2.1 福克斯波罗公司I/A Series系统

福克斯波罗公司的I/A Series系统创造性地采用了交换机拓扑式控制网络结构（Mesh Control Network）作为I/A系统的通讯平台。Mesh网络融合了市场上最先进的交换机技术和全光纤通信线缆设计，极大地提高了网络通信的冗余度和抗电磁干扰的能力。I/A Series系统主要包括三部分。第一，应用操作站处理机（App1ication Workstation Processor，简称AW）。其作用主要是与大容量存贮器相连，存储系统信息和过程控制方案与数据；以及可选地与信息网络相连，提供双向的信息和图像的交换。第二，操作站处理机（Workstation Processor，简称WP）。其作用主要与显示器、工程师键盘、操纵员键盘和其他操作站设备相连，并可选地与信息网络相连，提供与其相连计算机上的显示画面。第三，控制处理机（Contro1 Processor，简称CP）。其作用主要可与I/A Series现场总线组件和设备相连，完成控制方案。

2.2 西屋公司Ovation结合CommonQ系统

Ovation平台是由美国艾默生公司开发和生产的，用于实现AP1000核电厂的非安全系统的运行、数据显示和控制监测系统，将基于和不基于Ovation平台的非安全系统和设备集成一个体系。在针对AP1000堆型的仪控系统设计中，西屋采用了CommonQ结合Ovation的控制方式。核电站非安全级部分采用Ovation系统，用于组成核电厂非安全系统的运行、数据显示、控制和监测。

2.3 西门子TELEPERM XP结合TELEPERM XS系统

西门子TELEPERM XP结合TELEPERM XS集散控制系统是将计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术、CRT技术及人因分析技术于整合于一体，对核电站整体生产过程进行集中监控、操作及管理的一种全新数字化仪控系统。从核电站设备安全等级角度看，核电站分为保护系统、安全相关系统以及非安全级系统。TELEPERM XP核电厂过程控制计算机，主要处理核电厂过程状态变量和安全等级较低的控制系统。TELEPERM XS核电厂保护系统计算机，主要控制保护系统，专设安全设施和安全级控制系统。

根据系统功能可分为：第一，过程控制级（包括电站控制级和机组控制级）：它提供在主控室对工艺过程的控制、监测和观察。行程仪控系统和主控操作员之间的接口，包括操作终端、显示器及主控室和应急控制室的备用监测控制设备。第二，通信级：包括终端总线和电厂总线两部分。终端总线是在操作和监测系统框架内部的通信级，完成过程控制级和处理级的连接。电厂总线部分通过它和其他总线将整个系统和分布式控制系统连接起来。第三，处理级：包括OM650系统的信号处理计算机，用于完成各种信息信号的处理；第四，自动控制级：TXP系统的自动控制级包括故障安全型自动控制级（APF）和自动控制级（AP），AP是自动控制系统AS620B的核心部件。专为核电站设计的、内部采用“二取二”硬件配置的故障安全型自动控制级（APF）被用于与安全相关的仪控系统，整个自动控制级执行现场设备和系统的安全保护功能，并且提供自动控制级和独立控制级之间的数据交换。

3 结束语

综合上面的介绍，在计算机技术高速发展的今天，将计算机技术和网络通信技术相结合的集散控制系统得到快速发展，进而提升并完善了国内核电站仪控系统的开发和应用，特別是实现了核电站仪控系统全数字化的功能，促使核电站仪表控制数据的精准、运行维护更便捷的同时也降低了核电站仪控系统的造价，增强了核电站仪控系统的安全性和可靠性。

参考文献：

[1] 江润，杨歆.核电站数字化仪控系统改造中的控制系统综合应用分析[J].电子技术与软件工程，2014，（13）：206.

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