分散控制系統(tǒng)在核電廠的應(yīng)用

劉　琳丁伯才

（武漢海王科技有限公司，湖北 武漢 430000）

分散控制系統(tǒng)在核電廠的應(yīng)用

劉琳丁伯才

（武漢海王科技有限公司，湖北 武漢 430000）

摘要：分散控制系統(tǒng)，即DCS系統(tǒng)，極具優(yōu)越性。本文對(duì)我國(guó)核電站分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析，并對(duì)它的應(yīng)用特點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行具體論述，為其提供一個(gè)可靠的應(yīng)用空間，以達(dá)到良好的應(yīng)用效果。

分散控制系統(tǒng)；核電廠；可靠性；應(yīng)用

分散控制系統(tǒng)，又名分布式控制系統(tǒng)，它屬于多極計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其載體是通信網(wǎng)絡(luò)，包括過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)兩部分。對(duì)計(jì)算機(jī)、通信、控制和顯示燈進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)了控制的分散性、操作的集中性、管理的分級(jí)性、配置的靈活性，以及組態(tài)的便利性。當(dāng)前，它以自身的優(yōu)越性能在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。

1.我國(guó)核電站分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)以及各種組態(tài)軟件技術(shù)等，為DCS技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用發(fā)展空間。目前，它已經(jīng)逐漸被普及和應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而分散系統(tǒng)也逐漸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化。表1為分散控制系統(tǒng)在我國(guó)在建核電廠的應(yīng)用情況。

儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中秉承故障安全、單一、多樣、獨(dú)立、節(jié)能、ALARA等原則。通過對(duì)部分硬接線的控制按鈕和儀表進(jìn)行設(shè)置，以提升其安全性。安全保護(hù)系統(tǒng)則通過四取二邏輯，分別借助2個(gè)系列和4個(gè)保護(hù)通道，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和功能分割。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，手動(dòng)反應(yīng)堆、保護(hù)停堆和安全專設(shè)保護(hù)系統(tǒng)獨(dú)立存在。優(yōu)質(zhì)的硬件和設(shè)備的精簡(jiǎn)，很大程度上提高了系統(tǒng)安全性。

2.分散控制系統(tǒng)在核電領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)

（1）應(yīng)用DCS系統(tǒng)，控制室操作盤上更換為CRT和鼠標(biāo)鍵盤。人機(jī)界面使操作人員能夠提高全局把控度，對(duì)全廠狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)及時(shí)了解，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使其時(shí)刻處于輕松、便利的工作氛圍。同時(shí)，他們能夠及時(shí)對(duì)各類事故工況和異常問題等進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

（2）核電廠在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中積累了各種各樣的工作經(jīng)驗(yàn)。加之，核電廠分析研究和設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)、事故分析技術(shù)的升級(jí)和進(jìn)步，使得技術(shù)層面和理論層面呈現(xiàn)雙向成熟度。隨著新型核電法規(guī)和核電標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，計(jì)算機(jī)化的儀表、設(shè)備、技術(shù)等也逐漸被應(yīng)用到核電廠中，提高了它的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性及自動(dòng)化水平。

（3）計(jì)算機(jī)具備性能方面的優(yōu)越性，為DCS提供了實(shí)踐應(yīng)用空間。同時(shí)，計(jì)算機(jī)具備自檢功能和容錯(cuò)技術(shù)雙向優(yōu)勢(shì)，在很大程度上提升了系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。縱觀分散控制系統(tǒng)在核電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀，其極具優(yōu)越性，并未由自身原因?qū)е碌闹卮笫鹿省?/p>

3.分散控制系統(tǒng)在核電廠應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1 設(shè)計(jì)階段

分散控制系統(tǒng)中，主要采用人機(jī)界面設(shè)計(jì)。操作人員以計(jì)算機(jī)為載體，借助鼠標(biāo)和滾動(dòng)球，實(shí)現(xiàn)核電廠的運(yùn)行操作。設(shè)計(jì)階段要保障儀器控制、工藝、設(shè)備、運(yùn)行和人機(jī)工程學(xué)專家等各領(lǐng)域?qū)I(yè)人員就緒，實(shí)現(xiàn)不同類別控制保護(hù)功能的分布，以有效緩解操作員的日常工作壓力。

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要關(guān)注是否與核標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)安全法規(guī)匹配、接口資料是否完整、功能分配和系統(tǒng)設(shè)置是否合理、控制算法是否準(zhǔn)確，以及系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)性和人機(jī)界面的可操作性等。

3.2 制造階段

核電廠的建設(shè)周期比較長(zhǎng)。以1000MW級(jí)的核電機(jī)組建設(shè)為例，它的工期為50個(gè)月。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要將計(jì)算機(jī)設(shè)備采購(gòu)放置在工程后期，以保障對(duì)新型設(shè)備的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)它的內(nèi)部缺陷和運(yùn)行過程中的故障。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要重視質(zhì)量控制和文件記錄，并安排專業(yè)人員對(duì)應(yīng)用軟件的測(cè)試工作進(jìn)行實(shí)施。

專業(yè)的驗(yàn)收?qǐng)F(tuán)隊(duì)包括計(jì)算機(jī)管理員和系統(tǒng)工程師等。首先要對(duì)DCS系統(tǒng)的工作機(jī)理進(jìn)行明確認(rèn)識(shí)和了解，進(jìn)而執(zhí)行驗(yàn)收工作，并制定科學(xué)的驗(yàn)收測(cè)試程序和完整的驗(yàn)收文件。驗(yàn)收試驗(yàn)過程中，要將多臺(tái)設(shè)備連接在同一平臺(tái)中，以提高系統(tǒng)性能測(cè)試準(zhǔn)確度。

3.3 安裝階段

安裝前，要保證周邊環(huán)境的清潔度。當(dāng)機(jī)柜和計(jì)算機(jī)等設(shè)備廠房裝修完成之后，并且管道設(shè)備安裝基本就緒之后，執(zhí)行分散控制系統(tǒng)的設(shè)備安裝工作。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要預(yù)先制定完善的安裝計(jì)劃，先對(duì)控制室的設(shè)備機(jī)柜進(jìn)行安裝，然后對(duì)干線電纜和光纜進(jìn)行集中敷設(shè)，遵循實(shí)體安裝分布移交方式執(zhí)行具體操作。該過程中，要注重將干線電纜的絕緣和光纜保護(hù)工作落實(shí)到位，有效避免意外接地或串入高壓電擊穿I/10模件和光纜損壞之后中斷網(wǎng)絡(luò)通信。

表1　分散控制系統(tǒng)在我國(guó)在建核電廠的應(yīng)用情況

分散控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸和網(wǎng)絡(luò)組件載體是光纜。相較于傳統(tǒng)電纜，其不具備抗拉和彎曲方面的優(yōu)勢(shì)，很容易受到外部環(huán)境損傷。光纜敷設(shè)過程中，要對(duì)獨(dú)立的電纜托盤空間進(jìn)行隔離，敷設(shè)，避免對(duì)其他儀控電纜產(chǎn)生干擾。設(shè)計(jì)電纜橋架的時(shí)候，要為光纜設(shè)置獨(dú)立的電纜托盤。

3.4 調(diào)試階段

該工作包括單體調(diào)試和綜合調(diào)試。單體調(diào)試要對(duì)測(cè)量通道和控制通道的準(zhǔn)確性進(jìn)行重點(diǎn)檢查。綜合調(diào)試既要對(duì)儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙的控制功能實(shí)施情況進(jìn)行檢查，也要提高對(duì)不同設(shè)計(jì)運(yùn)行工況下核電廠性能試驗(yàn)的關(guān)注度，以合同性能試驗(yàn)指標(biāo)為基礎(chǔ)進(jìn)行細(xì)致分析和檢查。

調(diào)試階段，設(shè)備的變更更加頻繁。DCS系統(tǒng)不需要對(duì)就地測(cè)的硬接線進(jìn)行更改。只是在工程師站上分別對(duì)組態(tài)和組態(tài)信息進(jìn)行更改和下載。它能夠縮短執(zhí)行時(shí)間。調(diào)試階段要提前建立完善的執(zhí)行操作程序和授權(quán)體系，并加大對(duì)軟件變更人員的考核力度，確保軟件臨時(shí)變更執(zhí)行過程中的技術(shù)性和規(guī)范性。對(duì)所有臨時(shí)變更文件進(jìn)行存檔管理。

3.5 維護(hù)階段

分散控制系統(tǒng)維護(hù)工作包括日常檢查和定期維護(hù)。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合系統(tǒng)和設(shè)備特性對(duì)預(yù)防性維修程序和糾正性維修程序進(jìn)行編制。并結(jié)合系統(tǒng)訴求，對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備、CPU模件、I/O卡件、網(wǎng)站設(shè)備的維修。同時(shí)，也要加大對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)注度，預(yù)先進(jìn)行信號(hào)隔離，對(duì)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的壽命期限進(jìn)行明確認(rèn)識(shí)，將預(yù)防性維修工作落實(shí)到位。

結(jié)語(yǔ)

在核電廠應(yīng)用分散控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)代化大生產(chǎn)中過程控制傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)難以勝任問題進(jìn)行有效解決。同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)集中控制而言，故障呈現(xiàn)分散狀態(tài)，它具有性能方面的優(yōu)越性，很大程度上超越了傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)。

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