核电站数字化仪控DCS
浅谈核电站DCS控制系统的调试
工 程 技 术77科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.10.077浅谈核电站DCS控制系统的调试①胡瑞涛 盛巍巍(中国核电工程有限公司华东分公司 浙江嘉兴 314300)摘 要：随着工业自动化技术和计算机应用的快速发展，DCS控制系统在核电行业中得到了广泛的应用，它的运行稳定与否决定着整个核电站的稳定和安全。
本文在总结海南昌江核电站DCS控制系统调试经验的基础上，论述了核电站DCS控制系统调试的特点、调试的准备、调试的主要内容、调试关注的问题等，为其他核电项目DCS调试提供参考和借鉴。
关键词：核电站 DCS 调试中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)04(a)-0077-02随着工业自动化技术和计算机应用的快速发展，DCS 控制系统在核电行业中得到了广泛的应用，DCS控制系统作为核电站监控的重要组成部分，它的运行是否稳定，决定着整个核电站的稳定运行和安全。
因此通过前期调试阶段对DCS控制系统的功能及性能的验证，对后期核电机组安全、可靠稳定运行有着重大的意义。
昌江核电站采用全数字化DCS仪控系统，采取集中管理、分散控制监视和通信。
本文在总结昌江核电站调试经验的基础上，分析了核电站DCS调试的特点、调试的内容、调试的关注问题等，希望能为其他电站提供借鉴经验。
1 核电DCS控制系统调试的特点DCS控制系统前期调试由于控制机柜等设备供货及现场施工条件限制等原因，安装时间晚，但要求投入运行时间早，采取安装单位与调试单位共同调试的方式。
核电DCS控制系统I/O点多，整体DCS系统规模庞大，调试过程贯穿整个核电调试周期。
DCS控制系统调试接口复杂，调试的配合与协调难度较大，存在交叉作业风险，在进度方面也受其他专业制约。
由于涉及核安全，DCS控制系统调试的准备、实施、过程监督都多方要严格把关，采取调试方和业主方共同管理的方式。
核电站数字化仪控系统简介
ECP 命令、ESFAS 命令、多样化系统（如果有）命令、来自 后备盘或安全VDU的1E 级单个手动（如果有）命令高于NC 级命令。
优先功能取决于I&C 的安全功能分级，并依照相应的可靠性进 行设计和实施。
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可试验性
保护系统：
（1）反应堆紧急停堆 RTS （2）专设安全设施 ESFAS 安全监测系统: （1）事故后监测系统 PAMS
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紧急停堆
系统结构及功能
紧急停堆所需自动监测的变量： 中子注量率
反应堆冷却剂温度 反应堆冷却剂系统压力（稳压器压力） 稳压器水位 反应堆冷却剂流量和反应堆冷却剂泵断路器断开 反应堆冷却剂泵转速 蒸汽发生器给水流量 蒸汽发生器水位 汽轮发电机运行状态（保护流体低压信号和低压缸截止
设计准则
系统自检：自检应包括但不限于RAM 和ROM 故障检查、运算处理单 元故障检查、数据链接存储器检查、CPU 看门狗定时器复位检查、通 讯状态检查、IO 模块和接线检查、外围模件检查等。
定期试验：试验范围应覆盖DCS 系统的如下部分：保护和安全监测系统、 ATWT 系统及其他有特殊要求的NC 系统，并且应进行全通道试验，从探 测器至驱动器。遵守IEC 60671。
在反应堆装置运行时以及停堆后一定时间内，由于辐 射的原因，对大部分设备来说人员是不能接近的；
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；
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。
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浅析核电站安全级数字化仪控系统机柜盘台设计制造及应用
浅析核电站安全级数字化仪控系统机柜盘台1设计制造及应用吕占龙 叶婷（北京广利核系统工程有限公司，北京100094）摘 要：数字化仪控系统（DCS ）是核电站的神经中枢系统。
本文以辽宁红沿河#3#4 CPR1000核电机组安全级DCS 首次使用国产化机柜盘台为背景，系统性总结并阐述了在安全级DCS 机柜盘台国产化进程中从设计、制造到应用过程的若干重要环节，供安全级DCS 机柜盘台设计、采购及外协加工管理、质量保证、质量控制、项目管理相关人员参考。
关键词：数字化仪控系统 DCS 安全级 机柜 盘台 设计 样机 鉴定 量产 1 背 景红沿河核电站为我国东北首个单机百万千瓦核电站，其#3#4机组安全级DCS 使用的机柜盘台由北京广利核系统工程有限公司（CTEC ）进行设计及制造。
单台机组的安全级机柜数量如下表： 1单台机组的安全级盘台数量如下表：1本文中的机柜盘台并不包含机柜盘台内的其它电气及安装设备，即柜盘体本身的机械结构件。
安全级DCS 的机柜盘台，是关键的制造设备，也是DCS 的关键路径。
其顺利制造完毕，可为项目后续的装配、测试的顺利开展提供前提条件。
其从开始设计到量产，直到为核电站供货，期间历时长、质保要求严格、加工难度大、参与接口众多，是个系统工程，最重要的是需要从整体上进行合理规划。
2 安全级DCS 机柜盘台设计到量产中主要活动1) 取得民用核安全设备设计许可证； 2) 设计研发量产立项及组织确认； 3) 设计研发质保大纲及质量计划发布； 4) 需求分析； 5) 工艺路线确认； 6) 图纸设计及发布；7) 取得民用核安全设备制造许可证； 8) 外协厂选择； 9)鉴定用样品制造；10) 鉴定试验及总体鉴定结论；11) 量产外协厂确定及合同签订前准备工作； 12) 合同签订；13) 外协生产过程的质保大纲及质量计划发布； 14) 制造先决条件审查确认； 15) 量产及进货检验。
3 主要活动中的若干重要环节探讨 3.1 设计开始前的准备工作3.1.1熟悉我国核安全法律法规体系。
DCS系统在核电站运行中的自动化控制与优化
DCS系统在核电站运行中的自动化控制与优化随着能源需求的增长，核电站成为人们关注的焦点之一。
核电站的安全性和稳定性是至关重要的，而自动化控制技术在核电站的运行中起着重要作用。
本文将重点探讨DCS系统在核电站运行中的自动化控制与优化。
一、DCS系统的概述DCS系统，即分散式控制系统（Distributed Control System），是一种用于工业控制的先进技术。
它将控制系统分为多个分布式节点，实现对核电站各个子系统的控制和监视。
核电站的运行涉及到各种参数的实时监测和控制，DCS系统的引入可以提高运行的可靠性和稳定性。
二、DCS系统在核电站的自动化控制中的应用1. 监测和控制核反应堆核反应堆是核电站的核心设备，DCS系统通过实时监测和控制反应堆的物理参数，如温度、压力、流体等，来确保核反应堆的安全运行。
DCS系统可以实现对核反应堆进行自动控制，如控制反应堆的功率、核燃料的补给等。
2. 锅炉和蒸汽发生器的控制核电站的锅炉和蒸汽发生器是产生蒸汽供给蒸汽涡轮机的重要设备。
DCS系统可以监测和控制锅炉和蒸汽发生器的温度、压力、流量等参数，保证其正常运行。
同时，DCS系统可以对锅炉和蒸汽发生器进行自动调节，提高能源利用效率。
3. 辅助设备的控制核电站还包括许多辅助设备，如冷却水系统、通风系统等。
这些辅助设备的运行情况直接关系到核电站的安全性和效率。
DCS系统可以通过监测和控制这些辅助设备的运行参数，如水流量、风量等，来确保其正常工作状态。
三、DCS系统在核电站中的优化应用1. 能源优化核电站的能源利用效率直接影响到其经济性和环境友好性。
DCS系统可以通过对核电站各个子系统的集中监测和控制，实现能源的优化利用。
例如，可以通过自动控制核反应堆的功率，使其在最佳工作状态下运行，同时调整锅炉和蒸汽发生器的参数，提高热能的转换效率。
2. 故障诊断与预测DCS系统通过实时监测和分析各个设备和系统的工作参数，可以进行故障诊断与预测。
核电站数字化仪控系统简介
2010年05月28日13:25:04查看数：162 摘要在总结不同时期核电站仪表控制系统应用特点和发展趋势的基础上，以两座典型的核电站全数字化仪控系统为例，结合核电站仪控系统的特点及设计准则，进行详细的系统结构和功能分析，并提出我国新世纪核电站数字化仪控系统的改造与设计思路。
关键词过程控制DCS 智能化以太网现场总线核电站的仪表和控制系统是核电站的重要组成部分，机组的安全可靠、经济运行已经在很大程度上取决于仪表控制系统的性能水平。
从我国已经建成的和在建的核电工程来看，核电站的仪控系统经历了三个阶段。
第一阶段是以模拟量组合单元仪表为主的控制系统，如正在运行的我国300 MW秦山核电站主控制系统应用的FOXBORO公司的SPEC200组装仪表，大亚湾2×980 MW核电站主控制系统采用的Baily 9020系统也属于这一类。
其模拟量仪表采用小规模集成电路运算放大器为基础的元件来控制，逻辑量仪表采用继电器等硬逻辑电路来控制。
因而系统所需要的仪表控制器件数量多，运行操作管理和维护工作任务重，大部分采用手动操作，主控室布局也显得较大。
第二阶段是以模拟量和数字量混合运用的主控制系统，这一类实际是核岛系统仍采用小规模集成电路运算放大器为基础的模拟量元件来控制。
而部分常规岛和辅助系统采用PLC自动控制系统，结合软件自诊断技术、冗余技术和网络通信技术，减少很多硬接线和就地控制柜，提高了系统运行可靠性。
刚刚建成的广东岭澳核电站（2×980 MW）仪表控制系统就属于这一类。
第三阶段称为全数字化仪表控制系统，它将应用成熟的常规电站分布式控制系统（DCS）加以改进并移植过来，全面应用在常规岛、BOP、核岛部分，构成核电站全新数字化仪表控制系统。
现阶段应用比较典型的全数字化仪控系统有：日本日立等公司开发的NUCAMM－90系统、法国法马通公司N4控制系统、ABB公司的NUPLEX80 系统、美国西屋公司的Eagle21 WDPFⅡ系统以及我国在建的田湾核电站所采用的德国西门子公司的TELEPERM XP XS系统等。
核电数字化仪控系统仿真与工程实施
ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ － ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ，ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｌ ｌ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ Ｆ Ｓ Ｓ ）ｔ ｕ ｒ ｎ ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｃ ｈ ｅ ｌ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｄ Ｃ Ｓ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
问题 ， 对 几种 Ｄ Ｃ Ｓ仿真 技术 方法 进行 了综 合分 析与 评价 ， 并 给 出了这 些方 法 的优选 顺序 。结 合 核 电 Ｄ Ｃ Ｓ 工 程 实施 特 点及 其 工程 验 证
方法 的局 限性 ， 提 出 了一种 既能 满足 Ｆ Ｓ Ｓ交付 进度 。 又 能提 高 Ｄ Ｃ Ｓ 工程 验证 质 量 的 Ｄ Ｃ Ｓ ／ Ｆ Ｓ Ｓ 工 程综 合 实施 方 案 。该 优选 顺 序及 综 合
核电厂DCS控制系统的可靠性与可用性分析
核电厂DCS控制系统的可靠性与可用性分析摘要：现代技术发展迅速，产品竞争激烈，人们对产品的需求不再仅仅满足于价格便宜、功能好用，还需要可靠耐用。
因此，高可靠性的产品就意味着更强的核心竞争力。
产品可靠性首先是设计出来的，而核电厂安全级DCS（分布式控制系统）作为核反应堆安全运行的重要保障设备，本身就有严格的可靠性要求，开展可靠性设计活动有十分重要的意义。
关键词：核电厂；DCS；可靠性；核电厂数字化仪控系统（简称DCS）的可靠性是系统设计、研发、操作、维护人员共同关心的问题。
对于核电厂DCS，特别强调其可靠性、可用性、易测性、可维护性等要求，要求其能在恶劣环境下完成数据采集和处理、控制和调节、诊断、通讯及信息管理等。
一、影响DCS可靠性的因素1.电源系统。
电源是 DCS 的关键部分，通常包括主机及网络电源、控制器电源和 I/ O 工作电源。
这些电源主要对控制系统设备、各控制模块、I/O模块和现场设备（如变送器、信号反馈、控制操作等）供电。
一旦电源发生故障，会使整个控制系统瘫痪，造成重大后果。
2.网络系统。
影响DCS网络正常通讯的主要因素如下：（1）系统运行时在线调试实时通讯，因配置冲突导致网络故障。
（2）为同其他上位系统通讯，在实时数据网络增加接口或更改网络结构，导致网络异常。
（3）日常使用过程中由于控制器负荷率过高，影响网络正常工作。
（4）通讯设备质量问题导致网络异常或网络中断，如交换机故障，光纤发生断线等质量问题严重影响通讯网络的正常使用。
3.软硬件。
根据近年来对 DCS 使用情况的统计和分析，DCS的软硬件应用中出现的问题主要表现在如下几个方面：（1）由于DCS 及其外部电路都是由半导体集成电路（I C）、晶体管和电阻电容等器件构成，这些电子器件不可避免的存在失效率的问题。
所以这些器件的可靠性将直接影响DCS系统的可靠性。
（2）软件系统的不成熟，经常出现死机、脱网以及控制模块输出异常等现象。
（3）软件系统的安全性不完善。
核电站数字化仪控
计算机化的核电厂专用设备产品开发与应用。诸如：核测系统、堆芯仪表系 统、棒控系统。
安全系统的软件研制、开发、鉴定已有相应的标准可使用并有多家公认的权 威认证机构 。
核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
安全控制区
电厂概 貌
辅助控制区
主控制区
监视与交流区
田湾核电站主控室
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
一、仪控系统 前言 中国核电仪控发展历程 核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景 二、先进控制室
三、数字化仪控关键技术
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一、仪控系统
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前言
大型先进压水堆核电厂的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。
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
数字化仪控的应用和发展
计算机技术、网络技术快速发展和广泛应用，已有多种成熟、可靠的DCS 商业产品。国内火力发电机组已成功应用自主知识产权的DCS，国内、国 外DCS产品已形成了竞争的局面。
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核电站数字化仪控系统
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中国核电/仪控系统发展历程
FCD时间
1984
1987.8
1997.5 1999.12
2005.12 2007.8 2008.2 2009
商运时间
秦山一期 大亚湾 1991.12 1994.5
岭澳一期 田湾一期 2003.1 2007.5
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
数字化仪控的应用和发展
计算机技术、网络技术快速发展和广泛应用，已有多种成熟、可靠的DCS 商业产品。国内火力发电机组已成功应用自主知识产权的DCS，国内、国 外DCS产品已形成了竞争的局面。
国内60万和30万火力发电机组已积累了使用DCS系统的经验，秦山一期/三 期，大亚湾/岭澳核电站一期也积累了使用某些数字技术（如数据采集，常 规岛控制）的经验。
常规模拟式仪控系统
岭澳二期 红沿河一期 宁德一期 台山EPR
2010.5
全部数字化仪控自主 化设计/国产化开始
主控室自主化设计
数字化仪控系统
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继电器控制机柜—岭澳一期（数量大、检修靠人工）
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Interruptor
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
法国N4 MCR示意图
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
Main Control Room of Russia Kalinin NPP10Unit 3 (November 2004). IAEA 2005 May
核电站数字化仪控系统
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
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。
国外核电厂使用DCS系统的经验，如：Chooz B和 Civaux，Sizewell-B， Temelin Unit 1&2 和日本的TOMARI #3。
计算机化的核电厂专用设备产品开发与应用。诸如：核测系统、堆芯仪表系 统、棒控系统。
安全系统的软件研制、开发、鉴定已有相应的标准可使用并有多家公认的权 威认证机构 。
I&C based on relay racks//Relay racks 图
Bus bars in a RPR cabinet
Connectors plug
Circuit performing the treatment logic (UC, UR, UM)
6核电站数字化仪控系统 Nhomakorabea深圳中广核工程设计有限公司（CNPDC）
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
AP1000 三代投标 MCR示意图
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核电站数字化仪控系统方案一（Teleperm XP+Teleperm XS）
田湾核电站仪控系统采用全数字一体化方案（1996年），西门子 公司作为仪控系统的主要承包商。西门子公司的Teleperm XP（TXP） 系统用于实现田湾核电站正常运行系统的过程控制，Teleperm XS （TXS）系统用于安全及安全相关系统的控制保护。
前言
大型先进压水堆核电厂的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。
安全控制区
电厂概 貌
辅助控制区
主控制区
监视与交流区
田湾核电站主控室
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
数字化仪控系统对比模拟仪控系统-优点
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； 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； 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。
核电站数字化仪控系统
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一、仪控系统 前言 中国核电仪控发展历程 核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景 二、先进控制室
三、数字化仪控关键技术
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一、仪控系统
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