工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在核電儀控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　嶺澳核電站二期位于大亞灣核電基地，是我國“十五”期間唯一開工的核電項(xiàng)目，采用中廣核集團(tuán)具有自主品牌的中國改進(jìn)型壓水堆核電技術(shù)路線CPR1000，建設(shè)兩臺(tái)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。其儀控系統(tǒng)采用了TXS（安全級(jí)儀控系統(tǒng)）+T×P（非安全級(jí)儀控系統(tǒng)）的數(shù)字化儀控系統(tǒng)。所有儀控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信都是由SINEC H1總線～I(xiàn)PROFIBUS總線系統(tǒng)構(gòu)成的終端總線、電廠總線和現(xiàn)場(chǎng)總線完成。非安全級(jí)儀控系統(tǒng)TXP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全部使用了西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品OSM（單元機(jī)組+公用機(jī)組共使用18個(gè)ITP62、22個(gè)ITP53、4個(gè)BCO8）組成的多個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)來滿足設(shè)計(jì)要求。終端總線用于PU（Processing Unit）、SU（Server Unit）和OT（Operating Termina1）之間的通信以及通過網(wǎng)關(guān)／網(wǎng)橋與其他儀控系統(tǒng)互相連接，電廠總線用于PU（Processing Unit）、AS620（Automation System）、ES680（Engineering System）和DS670（Diagnostic System）之間的通信，并且通過網(wǎng)關(guān)與TXS系統(tǒng)相連。本文著重對(duì)TXP系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了分析。

2 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成和功能

　　核電站儀控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：

　?。?）一體化操作和信息管理網(wǎng)

　　該層網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)根據(jù)核電站的使用環(huán)境和隔離、防火的要求，選用光纜是適當(dāng)?shù)?。?duì)于其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭t根據(jù)核電站IC站點(diǎn)多、容量大、可靠性高的需要，宜選冗余的雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議宜選TCP／IP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)則宜選擇技術(shù)成熟，可靠和應(yīng)用廣泛的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，RIUNIX。網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度要求100MBit／s或更高。

　?。?） 自動(dòng)控制和保護(hù)層網(wǎng)絡(luò)

　　作為核安全級(jí)（1E級(jí)）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其模塊的硬／軟件必須是經(jīng)過核安全級(jí)（1E級(jí)）的鑒定，有過成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品。本文不做詳細(xì)描述。

　　非核安全級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)過程控制功能組相互連接后再與操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)通訊。功能組的劃分主要考慮所完成的功能，兼顧采購合同的責(zé)任范圍，以減少設(shè)計(jì)接口，又便于調(diào)試維修。

　　公用通訊網(wǎng)主要將兩機(jī)組公共部分以及廠區(qū)少部分系統(tǒng)的信息與控制命令，分別與兩個(gè)機(jī)組的操作和信息管理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。

　　TXP通訊網(wǎng)絡(luò)有兩種： “電廠總線”和“終端總線” 。兩種通訊網(wǎng)絡(luò)都是由若干OSM網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過光纖連接組成的虛擬環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該總線結(jié)構(gòu)是通過使用SINEC H1 FO而建立起來的，基于IEEE 802．3標(biāo)準(zhǔn)。OSM是SINEC H1 FO網(wǎng)絡(luò)核心部件。整個(gè)網(wǎng)是以環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連接的，并通過OSM模件中的開斷點(diǎn)實(shí)現(xiàn)環(huán)形結(jié)構(gòu)。當(dāng)虛擬環(huán)網(wǎng)上所有部件均正常工作時(shí)，其中必有一塊OSM模件的電子開關(guān)是打開的（RM模式），在開斷點(diǎn)上，來自兩個(gè)方向的信號(hào)受到監(jiān)視。當(dāng)虛擬環(huán)網(wǎng)上有一部件工作不正常形成開路時(shí)，信號(hào)僅來自單方向，則可以認(rèn)為是總線故障。在這種情況下，斷點(diǎn)將被關(guān)閉，該電子開關(guān)閉合形成新的形式的總線網(wǎng)并且與此相連的總線部件將被重新結(jié)合在通訊網(wǎng)絡(luò)之中，重建過程小于0．3秒，同時(shí)報(bào)警通知系統(tǒng)維護(hù)人員排除故障，實(shí)現(xiàn)了冗余總線的設(shè)計(jì)。

　　虛擬環(huán)設(shè)計(jì)保證了內(nèi)在的單容錯(cuò)，能使系統(tǒng)總線在單一故障情況下繼續(xù)工作。從可用率及冗余質(zhì)量上比較，與二取一的總線結(jié)構(gòu)相當(dāng)，保證了系統(tǒng)單一故障容錯(cuò)，增強(qiáng)了系統(tǒng)通信的可靠性。

　　2.1 電廠總線

　　電廠總線是用于連接DCS level 1層設(shè)備和連接用于level 1和level 2層之間通訊的處理單元（PU）。以下DCS設(shè)備連接在電廠總線上：

　　· 所有的自動(dòng)化控制系統(tǒng)AS620；

　　· 一對(duì)冗余的處理單元PU；

　　· 與安全級(jí)儀控系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)；

　　· 第三方儀控系統(tǒng)；

　　·TXP系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)DS670；

　　·TXP系統(tǒng)的工程師站ES680；

　　·DCS系統(tǒng)的時(shí)鐘發(fā)生器。

　　電廠總線的設(shè)計(jì)滿足下列要求：

　?。?）使用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議

　　電廠總線是基于符合IEEE 802．3／802．3u協(xié)議的以太網(wǎng)總線。符合ISO／OSI的7層通信模型。電廠總線在協(xié)議的結(jié)構(gòu)上有一些不同，主要差別在3層至7層。使用了西門子公司為適用工業(yè)通信開發(fā)的SINEC NETAP協(xié)議。