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1、核电厂数字化仪控系统基础核电厂仪控系统的特点? 控制对象的工艺流程复杂，监测和控制的参数多而 且各种过程参数联系密切，1000 MW典型的核电站 仪控系统的参数信息量和指令大约是70009000个。 ? 系统安全性、可靠性要求高，运行质量直接与仪控系 统性能相关。 ? 反应堆工作或停堆后一段时间内，大部分设备人员无 法接近。 ? 控制和监测核燃料裂变链式反应及堆芯状态监测的必 要性。 ? 大量核物理、热工、水力及其它一些直接测量无法得 到的参数计算多，且精确性和实时性要求高。数字化仪控系统简介数字化仪控系统是以计算机、网络通讯为基础的分布式 控制系统的系统，它进一步引入和开发面向状态的诊断技
2、术、智能化报警技术、数据库技术、符合人因工程要求的 人机界面、先进的主控室等现代技术，并采用系统化的控 制室功能分析和分配、操纵员作业分析等设计技术，以及 面向核电厂运行安全状态的操作员支持系统包括智能诊断 与智能报警为基础的计算机化操作规程等。数字化仪控系统应用我国从96年开始在田湾核电站（俄罗斯VVER-428）引进 数字化仪控系统(AREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XS)， 至今系统已成功运行。目前在建核电站如岭澳二期，已开 工和纳入计划开工的红沿河、宁德、阳江等CPR1000系列 核电项目也全部采用数字化仪控系统（安全级DCS采用三 菱MELTAC平
3、台，非安全级DCS采用和利时公司的HOLLiAS平 台）。只是在田湾核电站和岭澳二期核电站的基础上通过 红沿河、宁德、阳江等核电项目为依托基本实现核电站数 字化仪控系统的国产化（与国内DCS生产厂家成立广利核 公司）。同时对于今后的三代EPR和AP1000核电站也将全 部采用数字化仪控系统。核电站的仪控系统分类仪控技术核电站备注二代仪模拟量仪表 采用小规模集成电 路和运算放大器， 逻辑量仪表则采用 常规继电器等硬逻 辑电路来控制秦山一期FOXBORO公司的SPEC200 反应堆 保护系 统升级 为TXS秦山二期KIT/KPS 采用 HSCAS20 00大亚湾Baily9020 岭澳一期（1、2
4、号 机组）汽轮机 控制采 用 ALSTOM 的P320核电站的仪控系统分类仪控技术核电站备注二代加 常规仪表加分散控 制系统（DCS）的 方式岭澳秦山二期翻板核电 站第三代 全数字化技术VVER-428田湾AREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XSCPR1000岭澳二期 （3、4号机组）CPR1000红沿河（1、 2号机组）、宁德、 阳江三菱MELTAC平台，非安全级 DCS采用和利时公司的 HOLLiAS平台EPRAREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XSAP1000爱默生公司的 OVATION 和 ABB 公司的 COMMON
5、 Q （AC160）中国核电中国核电中国核电中国核电/仪控系统发展仪控系统发展仪控系统发展仪控系统发展历程历程历程历程秦山一期1984大亚湾1987.8田湾一期1999.12岭澳二期1997.5岭澳一期2005.121991.121994.52003.12007.52010.52007.8红沿河一期宁德一期2008.22009台山EPR常规模拟式 仪控系统数字化 仪控系 统主控室自主化设计FCD时间商运时间全部数字化仪控自主 化设计/国产化开始? 具有很好高的控制精确性和很强大的逻辑运算处理、计算能力，能显著提高了仪控系统的综合性能，完成以往模拟仪控系统所无法实现的复杂逻辑运算处理和计算功能；
6、? 以通信网络连接各系统设备，大大减少了连接电缆的数量，提高了数据传输的可靠性；? 能方便有效的实现具有多重冗余、故障安全和容错等功能，提高了系统可用性和可靠性；数字化仪控系统对比数字化仪控系统对比数字化仪控系统对比数字化仪控系统对比 模拟仪控系统模拟仪控系统模拟仪控系统模拟仪控系统-优点优点优点优点继电器控制机柜岭澳一期（数量大、检修靠人工）岭澳一期核电站模拟主控室岭澳二期核电站先进主控室照片（三维绘制）? 能方便、有效的实现具有系统在线检查和自诊断功能，有助于故障分析和判断；? 系统扩展灵活性好、可组态性强，便于维护；? 具有强大的数据处理、数据和存储能力，改善了人机接口。数字化仪控系统对
7、比数字化仪控系统对比数字化仪控系统对比数字化仪控系统对比 模拟仪控系统模拟仪控系统模拟仪控系统模拟仪控系统-优点优点优点优点核电厂数字化仪控系统功能设计原则?故障安全原则； ?单一故障原则； ?多样性原则； ?独立性原则； ?冗余性原则； ?共模故障最小原则； ?节能降耗原则； ?经济性原则。三代堆型数字化I can accommodate up to six operators. Senior Reactor Operator console Two identical work positions Designed to be staffed by one operator; can ac
8、commodate two operatorsAP1000 Control Room FeaturesSafety Panels Primary dedicated safety panel Four qualified displays for safety and safety-related operations Fixed-position control switches for key functions Secondary dedicated safety panel Redundant switches for onerous condition actuationsDiver
9、se Actuation System (DAS) panel Diverse manual actuations and monitoringConference/Briefing Area Provides additional large panel displaysMain control roomMain Control Room 3D Model与控制室相关的系统 数据显示与处理系统数据显示与处理系统数据显示与处理系统数据显示与处理系统(DDS) 数据显示与处理系统包括主控室显示与数 据处理设备、远程停堆站、技术支持中心的显示 与处理设备，包括核电站报警系统显示与处理系 统、计算机
10、化的运行与事故处理规程系统，以及 分散式电厂计算机系统所执行的各种运行日志记 录、历史记录、软件文档的显示与处理。 主控室中还包括有安全级数据显示设备， 它的数据处理系统属于保护与安全系统，用于显 示保护系统与核电站重要的安全状态与参数。执行保护、控制、数据处理与监测 功能的系统 保护与安全监督系统保护与安全监督系统保护与安全监督系统保护与安全监督系统(PMS) 保护与安全监督系统属于核安全级系统， 执行反应堆停堆、专设安全设施的启动等功能。 系统中的设备(包括传感器、停堆开关装置等)大 都采用四重冗余，按四取二逻辑工作，具有很高 的可靠性。当其中某个冗余分段或独立通道故障 时能自动由四取二逻
11、辑转为三取二逻辑，便于维 修与定期试验。 系统中包含的每个子系统都接 在一个独立的计算机母线上，以防止故障传播并 增强高可用性。执行保护、控制、数据处理与监测 功能的系统电厂控制系统电厂控制系统电厂控制系统电厂控制系统(PLS) 电厂控制系统为电厂提供从冷停堆到满功率正常运 行所必需的各种功能，它通过主控室或远程停堆站对非安 全有关设备执行控制来实现上述功能。系统由非安全有关 级仪表与控制设备组成，可执行改变反应堆功率、控制稳 压器压力与水位、控制主给水流量等与发电相关的各种功 能，也提供停堆期间非安全相关的衰变热排出系统。系统既有自动控制方式，也可执行手动控制方式。 电厂控制系统中的实时数据
12、通讯网是一个高速冗余 通讯网络，它把对操纵员有重要意义的各个系统链接起来， 此通讯网属于非安全级。安全级系统与此通讯网络的联系 需通过网关及核级隔离器件执行，使安全级系统的功能不会因非安全级系统的故障而受影响。执行保护、控制、数据处理与监测 功能的系统 专用监测系统专用监测系统专用监测系统专用监测系统(SMS) 专用监测系统包含有一个金属撞击监测 系统，用于监测反应堆冷却剂系统中的金属 碎片对系统内部构件的撞击。该系统由数字 电路板、控制器、指示器、电源、信号处理 器以及探测器组成，其中探测器和信号处理 器是冗余的，以保证单个探头或处理器故障 时仍能保持监测功能。执行保护、控制、数据处理与监测
13、 功能的系统 多样性驱动系统多样性驱动系统多样性驱动系统多样性驱动系统(DAS) 多样性驱动系统的作用是为保护系统提供 一种额外的多样性后备，减小由于保护与控制系 统中不太容易出现的假定瞬态和共模故障可能引起的严重事故概率。 系统是一个基于微处理器 构成的冗余结构，是独立的计算机系统。 它采用不同于保护与安全系统的结构、硬 件和软件，这也是AP1000 在提高安全性措施方 面除了非能动设计以外的一项重要措施。多样性 驱动系统虽然执行的是安全功能，但它本身仍属于非安全级。执行保护、控制、数据处理与监测 功能的系统 堆芯测量系统堆芯测量系统堆芯测量系统堆芯测量系统(IIS) 堆芯测量系统包括堆芯通
14、量测量和堆芯出 口温度监测2个系统。 堆芯通量测量系统提供堆芯三维通量分布 图，用于标定保护系统的中子探测器以及支持堆 芯特性最佳化功能。堆芯测量采用的是固定式通 量探测器。 堆芯出口温度监测系统向保护与安全监测 系统提供信号，用于监测事故后堆芯冷却不当状 况。CommonQ平台结构典型的Common Q平台结构包括处理器模块、I/O 模块 和通信模块等，安装在一个或两个机箱内。Common Q是1E 级的平台，所以组成平台的所有部件都是lE级的。 由PM646 处理器模块组成的Advant控制器160(AC160)。 AC160 执行安全系统应用软件的保护算法，其处理器模块 是PM6460。
15、PM646 采用 32 位摩托罗拉 MC68360 处理器， 包含两个微处理机插件。 S600 系列输入和输出模块。S600 系列I/O 模块包括模拟量 I/O 模块、数字量I/O 模块、脉冲计数和转动速度模块。每 个控制站的S600 I/O 总容量:1500个(软限制)1/0通道和75 个 (软限制)1/0模块。Common Q平台结构典型的Common Q平台结构包括处理器模块、I/O 模块 和通信模块等，安装在一个或两个机箱内。 平板显示系统。 人机接口包括维修和试验屏以及操纵员模块。 接口和试验处理器。 综合通信处理器(ICP) 。 机柜。AC160控制器AC160控制器是一个带有多通
16、道处理能力的模件化控制器，被 用来执行安全相关系统的保护算法，支持热插拔功能。处理器采用ABB编程语言（AMPL）进行编程，除了进行逻辑结构的编 程外，还提供了对AF100网络、全局内存、输入输出、HSL的接 口的编程支持。处理器有一个内置的、独立的看门狗计时器。如果一个保护功 能由于处理器的故障而无法实行，看门狗能够发出报警和提供通道跳闸功能。AC160控制器所使用的处理器模件是基于 Motorola MC68360的 32位处理器发展起来的PM646。PM646模件包括两个32位的微 处理器板：处理器部分和通讯部分。其处理器部分包含有应用 代码，可以执行自诊断功能，存储、读取双端口存储器里的数据等。其通讯部分能处理两个HSL通讯端口，RS422接口。Advant Controller 160特点: ? 最多可使用6个处理器模块. ? 所有主要组件均可冗余配置。 如 处理器模块、电源、I/O站、 现场总线接口（包括连接电缆） ? 机架式、分布式I/O模块，最 多支持1500个I/O点。 ? 逻辑、
