現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在核電站的應(yīng)用
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2.1 FCS硬件
FCS硬件主要包括：大量的現(xiàn)場(chǎng)儀表（傳感器、變送器等），采用嵌入式技術(shù)的智能的單元控制部件（PLC、調(diào)節(jié)器），這些稱為控制層，還有工業(yè)以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)控制中心、報(bào)表工作站、打印工作站等。智能儀控器包括自補(bǔ)償、自校正、自診斷、遠(yuǎn)程設(shè)定、狀態(tài)組合、信息存儲(chǔ)和記憶等功能。智能儀控器的標(biāo)準(zhǔn)化打破壟斷，推動(dòng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
為了確保核電站安全、儀控系統(tǒng)的可靠，冗余技術(shù)在FCS里到處可見。變送器、單元控制器、CPU、工業(yè)以太網(wǎng)、控制單元、服務(wù)器等設(shè)備都要采取冗余。為了減少共因，冗余設(shè)計(jì)中經(jīng)常采用不同的設(shè)備實(shí)現(xiàn)相同的功能。
2.2 FCS軟件
軟件冗余也是提高可靠性的一種方法。它有兩種方法：一種是帶有智能控制設(shè)備的冗余，軟件自然也就是冗余的；另一種是開發(fā)兩套功能相同的軟件，用在智能控制設(shè)備上。但開發(fā)這樣的軟件要成立兩個(gè)不同的項(xiàng)目組，而且他們之間不能有任何交流。在這樣的軟件中相同缺陷的概率是很小的，共因失效的概率也是很小的。但這樣的開發(fā)成本是昂貴的。在智能控制設(shè)備里，由于嵌入式系統(tǒng)中程序代碼的大小受到限制，所以不能用高級(jí)語(yǔ)言。只能用匯編或C語(yǔ)言編程。
對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)人機(jī)界面軟件是看得見的，也是最關(guān)心的。人機(jī)界面有三種組態(tài)：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和交互式。靜態(tài)是屏幕上畫的模擬圖，如泵、罐子和管線等不變化的圖文。動(dòng)態(tài)是屏幕上顯示的實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)，如實(shí)時(shí)采集到的溫度、流量、功率和壓力等數(shù)據(jù)。交互式界面是操縱員可在屏幕上對(duì)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制操作，如需要啟動(dòng)或停運(yùn)一個(gè)泵時(shí)選擇該泵圖上的ON或OFF，確定后即可實(shí)施，并用圖的形狀或顏色顯示區(qū)別泵的啟動(dòng)或停運(yùn)。
在監(jiān)控室（即監(jiān)控層）里，用CRT和大屏幕替代模擬儀表控制時(shí)代的儀表盤和儀表墻功能。監(jiān)控層的操縱員在監(jiān)控室也可以設(shè)定智能控制器的預(yù)值，操縱員再也不用擺弄開關(guān)、按鈕了，用鼠標(biāo)、鍵盤就可以控制核電站。
2.3 FCS網(wǎng)絡(luò)
FCS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是采用多域管理方式。每一個(gè)域有一個(gè)獨(dú)立的FCS。各個(gè)域之間可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。而且每個(gè)域的規(guī)?？梢詳U(kuò)大。
FCS中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。從單元控制器輸出的數(shù)據(jù)可通過(guò)以太網(wǎng)傳送到不同的服務(wù)器上。工業(yè)以太網(wǎng)與普通以太網(wǎng)有些不同，主要有工業(yè)以太網(wǎng)使用工作溫度范圍較寬、封裝牢固(抗振和防沖擊)、導(dǎo)軌安裝、電源冗余、直流24 V供電等。它們同樣符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。
FCS之所以是開放性的，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/現(xiàn)場(chǎng)總線">現(xiàn)場(chǎng)總線有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有多種，但每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有自己更適合的應(yīng)用領(lǐng)域，所以多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)得以并存是客觀需要。對(duì)于核電站適合采用哪種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)。
FCS的管理層是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，使核電站的高層管理人員可以了解核電站的運(yùn)行情況和指標(biāo)。
3、FCS在核電站中的應(yīng)用
核電站應(yīng)用FCS可提高儀控系統(tǒng)的可靠性，安全性；提高電站的經(jīng)濟(jì)效益，減少運(yùn)行、維修費(fèi)用；有利于設(shè)計(jì)、維修和備品備件的管理；提高了工作效率和管理水平。
FCS應(yīng)用到核電站領(lǐng)域的好處是顯而易見的。而且還有一個(gè)更有意義、更長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用就是自動(dòng)采集各類數(shù)據(jù)。它通過(guò)系統(tǒng)提供的硬件和軟件，使過(guò)去認(rèn)為雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)，存入到設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。曾經(jīng)有一位外國(guó)廠長(zhǎng)說(shuō)過(guò)：核電站不僅生產(chǎn)電，而且生產(chǎn)數(shù)據(jù)。這就給核電站提出更深層次的管理和應(yīng)用問(wèn)題。過(guò)去核電站各類數(shù)據(jù)都記錄在操縱員日志和各種試驗(yàn)報(bào)告中，那是紙制記錄。有的是用磁帶記錄，但必須用專門的讀取設(shè)備，讀出的數(shù)據(jù)都是用各種編碼代替設(shè)備，很難讀懂。有的核電站（如：中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆）數(shù)據(jù)將以文本格式存儲(chǔ)，讀取方便是個(gè)進(jìn)步，但不是數(shù)據(jù)庫(kù)形式，無(wú)法對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。要想把各類數(shù)據(jù)變?yōu)橛杏脭?shù)據(jù)，這項(xiàng)工作即耗時(shí)又耗錢。有了FCS，在軟件上可以作到所有數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式保存在幾個(gè)服務(wù)器上，定期刻成光盤保存。為各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析提供了前提條件，這就是深層次的管理和應(yīng)用的基礎(chǔ)。
在1980－1990年期間，PSA在美國(guó)核電站應(yīng)用中已經(jīng)完成單站考驗(yàn)（IPEs-Individual Plant Examinations）過(guò)程[9]。Risk-informed technology（風(fēng)險(xiǎn)指引技術(shù)）使PSA在核電站安全方面的應(yīng)用進(jìn)入了新領(lǐng)域[10]，這與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在核電站的應(yīng)用是分不開的。 設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)是建立在大量的核電站運(yùn)行數(shù)據(jù)之上的。概率安全分析（PSA）、Risk inform又是建立在設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)之上的。FCS在核電站應(yīng)用之前，法國(guó)EDF設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)有了幾百堆年的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)，它已成為法國(guó)堆型的設(shè)備可靠性通用數(shù)據(jù)庫(kù)。大亞灣核電站2001年以前的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集工作是手工完成的，設(shè)備可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法中的運(yùn)行失效率、需求失效概率[11]還是單機(jī)計(jì)算。核電站有了FCS，設(shè)備可靠性參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法中的運(yùn)行失效率、需求失效概率，以及始發(fā)事件計(jì)算將從人工統(tǒng)計(jì)計(jì)算進(jìn)入到自動(dòng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算。如果一個(gè)設(shè)備失效，或?qū)δ骋涣羞M(jìn)行隔離，管理部門通過(guò)安裝在FCS管理層中的概率安全分析計(jì)算軟件就可以很快地給出維修該設(shè)備會(huì)有多大的堆芯損傷頻率，維修該設(shè)備是否對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行有影響，是否需要降功率，在什么工況下維修該設(shè)備既安全又經(jīng)濟(jì)，為決策人員提供參考依據(jù)，這就大大提高了工作效率和管理水平。
4、結(jié)束語(yǔ)
目前，在國(guó)外，F(xiàn)CS在火電廠、化工廠、核電站等大型企業(yè)的儀控領(lǐng)域里得到了廣泛的應(yīng)用。而在國(guó)內(nèi)，F(xiàn)CS在核電站的應(yīng)用剛剛開始。FCS的應(yīng)用將使核電站的安裝、調(diào)試、維護(hù)更為方便，也對(duì)儀控維修技術(shù)提出了更新的要求，使設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集方法、概率安全分析、風(fēng)險(xiǎn)指引技術(shù)、實(shí)時(shí)管理等產(chǎn)生根本的變化。為實(shí)現(xiàn)科學(xué)的全數(shù)字化管理核電站提供基本保證。
參考文獻(xiàn)
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[4] Hitachis ABWR
評(píng)論