核电站数字化仪控系统（DCS）基础介绍质量监督分部授权培训教材标题,中黑20pt 1. DCS基础知识2. 核电站数字化仪控系统3. 核电站DCS监造基础2 01 DCS基础知识章节主题,中黑20pt3 1.数字化仪控系统简介 数字化仪控系统（Digital Instrument & Control System）是以计算机、网络通讯为基础的分布式控制系统的系统（又称：Distributed Control System，简称DCS） DCS的主要基础是4C技术，即计算机－Computer、控制 －Control、通信－Communication和CRT显示技术 在此基础上，进一步引入和开发面向状态的诊断技术、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 DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。
1.1 数字化仪控系统的概念及主要功能4 DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强，如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业• 我国发电厂仪控专业发展的历程基本分为三个阶段：–发电厂热工控制（简称“热控”） 1953年-1965年–发电厂热工自动化（简称“热自”） 1965年-1985年–发电厂综合自动化（数字化、信息化阶段） 1985年- 1.2 DCS的发展历史5 01Arial 96pt在工业过程控制中，有三大控制系统：ØDCS－Distributed Control SystemØPLC－Programmable Logic ControllerØFCS－Fieldbus Control System1.2 DCS的发展历史6 第一代：1975～1980 （初创期）典型典型DCS系统：系统：•Honeywell：TDC-2000•Yokogawa：Yawpark•Foxboro：Spectrum•Bailey：Network 90•Kent：P4000•Siemens：Teleperm M•Toshiba：TOSDIC系统构成与特点：系统构成与特点：•数据采集单元•过程控制单元•CRT操作站•上位管理计算机•高速数据通道•注重功能的实现•使用专用软、硬件，价格昂贵•没有统一标准，开放性差 1.2 DCS的发展历史第二代：1980～1985（成长期）典型典型DCS系统：系统：•Honeywell：TDC-3000•Fisher：PROVOX•Taylor：MOD300•Westinghouse：WDPF系统构成及特点系统构成及特点•局域网络•多功能现场控制站•增强型操作站•系统管理站•主计算机•网络连接器 •引入LAN作为系统骨干•摆脱仪表，靠近计算机•增加顺序控制、逻辑控制•可以实现优化控制和管理功能•显示技术得到提高，出现光标操作第三代：1987－ （扩展期）典型典型DCS系统系统•Foxboro：I/A Serise•Honeywell：TDC-3000UCN•Yokogawa：Centum-XL，µ XL•Bailey：INFI 90•Westinghouse：WDPF II•Toshiba：HIACS•Leeds & Northrup：MAX1000•Moore ：PACS 系统特点与构成系统特点与构成•通讯网络•现场控制站•操作站/工程师站•网络连接器 •增加上层网络，纳入生产管理•开始采用标准网络：开放•组态开始标准化•应用更加广泛，成为大众产品•开始引入现场总线7 第四代？→FCS/WebHoneywell：Experion PKSEmerson：PlantWeb Foxboro：A2Yokogawa：R3ABB：Industrial IT 2I世纪＝Information＋Integrated1.2 DCS的发展历史8 1.3 DCS的结构和组成•LEVEL 3•LEVEL 2•LEVEL 1•LEVEL 0 DCS9 ØLEVEL0：现场控制层：现场控制层,主要包括以执行器和变送器为主的现场设主要包括以执行器和变送器为主的现场设备备；；ØLEVEL1：：过程控制层过程控制层,主要包括反应堆保护系统、功率控制主要包括反应堆保护系统、功率控制系系统、统、T/G控制系统、堆内测量等控制和采集系统等；控制系统、堆内测量等控制和采集系统等；ØLEVEL2：：操作控制层（操作和信息管理层）操作控制层（操作和信息管理层）,主要包括放置于主主要包括放置于主控室、控室、RSS、、TSC等控制室的等控制室的KIC、、BUP等人机交互设备和相关等人机交互设备和相关的数据处理设备；的数据处理设备；ØLEVEL3：管理层，：管理层，即第三方控制接口以及管理层即第三方控制接口以及管理层,主要包括电站主要包括电站信息系统、应急处理系统等等信息系统、应急处理系统等等。
仪控系统的分层：10 •硬件–操作站•一般采用桌面式通用计算机•组成：主机、显示器、键盘、鼠标、打印机等•用于过程监视、操作、管理–工程师站•一般比操作站“高档”•组成：主机、显示器、键盘、鼠标、打印机等•用于系统组态、配置、维护•可兼作操作站1.3 DCS的结构和组成–现场控制站•DCS的核心•组成：控制器、I/O、辅助设备•完成系统的主要功能•控制器双冗余•有的可实现重点I/O冗余–通讯系统•连接各节点的桥梁•包括：现场总线、控制网络、系统网络、管理网络•一般在控制网络和系统网络进行冗余设计–电源系统 外部供电+UPS•双电源切换•现场控制站电源进行冗余设计•现场控制站和操作站/工程师站可分开供电11 软件–现场控制站•现场I/O驱动软件•I/O信号预处理软件•实时数据库软件•控制算法软件•实时操作系统–操作站•图形处理软件•操作命令处理软件•历史数据及实时趋势显示软件•报警、事件信息的显示处理软件•历史数据的存储、转存软件•报表软件•运行日志的记录、显示、打印和存储软件- 工程师站•硬件配置软件•实时数据库生成软件•算法编辑、编译、仿真软件•画面编辑、报表设计软件•报警、事件、趋势等属性设置软件1.3 DCS的结构和组成12 02核电厂数字化仪控系统章节主题,中黑20pt13 14 专用仪控系统Ø核岛通风空调就地控制系统ØPX泵站就地控制系统Ø常规岛及BOP通风空调就地控制系统Ø反应堆堆外核测量系统(RPN)Ø反应堆堆芯温度、中子测量系统(RIC)Ø核辐射监测系统(KRT)Ø松动部件与振动监测系统（KIR）Ø控制棒棒位棒控系统(RGL)ØTG控制与保护系统Ø三废系统（KSN）ØLoca辐照监测系统（LSS）ØKDO/KME 数据采集系统Ø地震监测系统（KIF）开关：开关：温度开关温度开关压力开关压力开关液位开关液位开关流量开关流量开关就地仪表：就地仪表：温度表温度表压力表压力表液位表液位表流量表流量表传感器：传感器：温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器液位传感器液位传感器流量传感器流量传感器全厂数字化控制系统（DCS）Ø过程信息与控制系统Ø电厂自动化系统Ø反应堆保护系统Ø堆芯冷却监测系统Ø后备盘、紧急停堆盘、远程停堆15 2.1国内核电厂数字化仪控系统发展ü1996年田湾核电站（俄罗斯VVER-428）引进数字化仪控系统(AREVA/SIEMENS--Teleperm XP+Teleperm XS) 。
ü岭澳二期核电站也采用了Teleperm XP+Teleperm XS)，并成功运行ü红沿河、宁德、阳江、防城港等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平台，非安全级DCS采用和利时公司的HOLLiAS平台）ü在建三代EPR和AP1000核电站也将全部采用数字化仪控系统u当前在役和在建核电厂，所（拟）使用的DCS系统主要有：§ HolliAS MACS +MELTAC Plus N § IA&triconex§ TXP（SPPA-T2000）+TXS§ COMMOM Q +OVATION16 仪控技术仪控技术核电站核电站系统及厂家系统及厂家备注备注二代模拟技术：二代模拟技术： 模模拟量仪表采用小规模集拟量仪表采用小规模集成电路和运算放大器，成电路和运算放大器，逻辑量仪表采用常规继逻辑量仪表采用常规继电器等硬逻辑电路来控电器等硬逻辑电路来控制制秦山一期秦山一期FOXBORO公司的公司的SPEC200核岛升级为核岛升级为TXS系统系统秦山二期秦山二期KIT/KPS采用采用HSCAS2000大亚湾大亚湾Baily9020LA I期期TGC部分采用部分采用P320（（ALSTOM））二代加二代加常规仪表常规仪表+DCS模式模式LAI期期秦山二期翻版秦山二期翻版三代三代全数字化技术全数字化技术田湾核电站田湾核电站AREVA Teleperm XS Siemens Teleperm XPLA II期期EPRHYH、、ND、、PY、、BL等等CPR1000三菱三菱 MELTAC NPlus HOLILIAS MACXSAP1000OVATION +COMMON Qu 国内核电厂仪控系统简介17 u 国外核电厂仪控系统简介厂家系统应用说明非安全级安全级AREVA+SIEMENS西门子TXP AREVA TXSFA3、OL3三菱三菱+CTECMELTAC-N plus R3日本泊3西屋公司西屋+ABBWDPFEALGLE21技术改造OVATIONCOMMON Q三门OVATIONADVANTABB/CENUPLEX80ADVANT韩国APR1400、美国PLAOEDF/FRAN4N4电站18 2.2 DCS在核电站的作用和地位DCS工作原理：形象的说，DCS是核电站全厂的“大脑和神经系统”，通过传感器、流量计等“神经元末梢”收集信息，经过控制电缆、网络等“神经系统”传递信息，在处理器“大脑”中完成复杂计算，在传递到人机接口和神经末梢的完整过程。
当今，DCS和PLP、TG并列为核电站三大重要设备和采购包 19 •仪控系统是操作员的“眼和耳”，可以为操作员提供精确的、适当的信息和在电站正常、异常运行时为操作员介入运行提供了手段因此他们对电站的安全和有效运行至关重要；•在电站正常运行时，DCS系统自动控制，这使操作员有时间观察电站的行为，监视电站正在发生什么，以便迅速采取正确的纠正行动；安全仪控系统也可以防止电站操作员或自动控制系统带来的错误或故障而导致的后果在电站异常状态下，安全仪控系统为保证电站及环境的安全能提供快速自动功能•与常规电站相比，核电站的仪控系统更为复杂，原因是：由于较高的资金投入，要求核电站的可利用率就得非常高；核电站运行时它的反应堆装置具有不可接近性，要求他的状态及相关系统必须在一个集中的地点现实、控制；高可靠、冗余的安全系统必须确保自动安全停堆•运行人员的操作优化设计：从安全观点出发，厂区人员的工作场所和工作环境必须按人因工程学原则进行设计；•人机接口的实质，是核电厂运行实践中自动化程度与人干预能力的平衡问题自动与人工操作的平衡即人机关系，与最佳化有关，其总目标是减少风险和停堆损失20 u相比于原有核电站模拟仪控系统，数字化仪控系统尤其优越性优点Ø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；Ø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；Ø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；Ø能方便、有效的实现具有系统检查和自诊断功能，有助于故障分析和判断；Ø 系统扩展灵活性好、可组态性强，便于维护；Ø 具有强大的数据处理、数据和存储能力，改善了人机接口。
21 22 23 24 2.3 核安全分级核电站DCS分为：1E（安全级）, SR（安全相关）, NC（非安全级）1E：短期内能迅速使反应堆达到并保持在稳定状态，包括：Ø停堆Ø安全壳隔离Ø紧急冷却Ø余热排出Ø反应堆厂房余热排出Ø防止 放射性物质向环境中释放SR：在中长期内使反应堆保持在安全状态，包括：Ø使反应堆维持在安全停堆状态Ø主要一回路系统隔离Ø事故后监视功能（类型2,3）Ø乏燃料冷却NC：除1E与SR之外的例如：厂房通风、照明等25 2.4 设备鉴定分级K1，布置在反应堆厂房内，在正常工况、事故中、事故后、地震中均能正常工作；K2，布置在反应堆厂房内，在正常工况、地震工况能正常工作；K3，布置在反应堆厂房外，在正常工况、地震工况以及特定事故工况能正常工作26 2.5 核电厂各系统安全设计的基本原则有Ø单一故障准则Ø多样性原则Ø独立性原则Ø故障安全原则Ø定期试验、维护、检查的措施Ø充分采用固有安全性的设计原则Ø30分钟不干预原则；27 2.6 核电厂DCS工艺流程28 29 30 31 32 03核电站DCS监造基础33 3.1 DCS质量监督分级原则：依据：Ø仪控设备及其部件与系统质保等级Ø安全分级Ø鉴定分级Ø厂家供货情况Ø同类设备经验反馈分为QS1，QS2，QS3，QNSQS1：1E级（含SR）DCS 模块、功能/性能测试、出厂验收；QS2：1E级DCS成套QS3：NC DCS模块制造、成套、测试及出厂验收；34 3.2 DCS质量监督总体流程35 Ø质量计划审查Ø先决条件检查Ø质量计划执行Ø巡检监督Ø原材料入厂检验见证Ø模块、机柜分包见证Ø装配检查及见证ØFT测试跟踪见证Ø测试程序、文件、测试记录/报告审查ØNCR不符合项处理及跟踪管理Ø重大质量问题专项监督和反馈ØFAT见证ØEOMR审查Ø设备最终检查与包装、发运3.3 DCS质量监督主要工作36 37 补充分享：仪控（DCS）与电气设备不一样的地方：仪控系统与电气设备在电气性能上有很多共性的地方，不同之处：Ø安全级的元器件级别，老化筛选，可靠性分析Ø模块精度，故障率，多层印刷电路板的绝缘，虚焊Ø核岛电缆的低烟无卤阻燃耐腐蚀抗LOCA，接插件，继电器级别Ø光纤的模数，弯曲，传输速度Ø安全系统结构的抗震，分系统故障树建立，Ø系统功能试验，性能试验，冗余系统的切换，同步,开闭环控制Ø回路总精度，响应时间，CPU和网络负载率，EMCØ硬件配置，软件组态，软件V&V,Ø传感器,仪表的外壳防护,准确度/精度等级,允差,标定精度,灵敏度,线性,回差,接口尺寸等38 谢谢 。