大亞灣 、嶺澳、秦山等在役核電站的主要儀控系統(tǒng)采用的是常規(guī)儀表系統(tǒng)，核電站儀控系統(tǒng)采用數(shù)字化技術(shù)是核電儀控技術(shù)發(fā)展的必然。與模擬控制技術(shù)相比，數(shù)字化控制技術(shù)具有明顯的先進(jìn)性及優(yōu)勢(shì)，而模擬控制技術(shù)是落后的技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用將有利于改善核電廠的安全狀況及穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低設(shè)備的維修成本。因此，為了提高核電站運(yùn)行的安全性、可靠性、可用性以及經(jīng)濟(jì)性，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)法規(guī)及國(guó)家核安全法規(guī)已經(jīng)明確規(guī)定新一代核電站采用數(shù)字化儀控技術(shù)。而國(guó)內(nèi)在役的采用模擬或模擬加數(shù)字的儀控技術(shù)核電站，也將面臨儀控系統(tǒng)的數(shù)字化改造問(wèn)題。

　　目前我國(guó)核電站用的高端核級(jí)儀表和控制系統(tǒng)等絕大部分使用進(jìn)口產(chǎn)品。在即將建設(shè)的第三代核電站中，在數(shù)字化控制系統(tǒng)方面，法國(guó)的 EPR 使用的是西門(mén)子公司的 TXP 和 TXS(安全保護(hù))系統(tǒng)，美國(guó)的西屋公司采用的是愛(ài)默生公司的 OVATION 和 ABB 公司的 COMMON Q(AC160)，國(guó)內(nèi)尚無(wú)廠家和產(chǎn)品能夠替代;在儀表方面，也大量采用的國(guó)外公司的產(chǎn)品，如 ROSEMOUNT1154、3151 等變送器、美國(guó) MASONELAN 調(diào)節(jié)閥、英國(guó) ROTOK1400 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，國(guó)內(nèi)廠家只有很少的儀表能夠選用，而且大都集中在常規(guī)島和公用系統(tǒng)。

　　1 改造的目標(biāo)

　　進(jìn)行核電站儀控系統(tǒng)數(shù)字化改造首先需要明確通過(guò)改造所要達(dá)到的目標(biāo)。

　　1.1 解決備件淘汰和短缺問(wèn)題

　　電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，舊的技術(shù)和設(shè)備將很快被淘汰。目前在役核電站中大量采用的如單元組合儀表、核級(jí)變送器等儀控設(shè)備已經(jīng)被淘汰，廠家已經(jīng)停產(chǎn)，備件短缺成為運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中日益突出的問(wèn)題，過(guò)儀控系統(tǒng)數(shù)字化改造可以在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)徹底解決備件淘汰和短缺問(wèn)題，但是改造后的系統(tǒng)在經(jīng)歷了一段時(shí)間后同樣會(huì)面臨備件問(wèn)題，因此需要在確定改造方案時(shí)就充分考慮今后的備件問(wèn)題。

　　1.2 解決儀控設(shè)備老化問(wèn)題

　　對(duì)儀控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)故障率在設(shè)備壽期內(nèi)遵循由高到低再到高的規(guī)律。在運(yùn)行初期由于設(shè)備中存在的一些隱藏缺陷以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中未曾考慮周全的小缺陷會(huì)在使用初期暴露出來(lái)，使系統(tǒng)故障率較高，這一過(guò)程通常有一、二年的時(shí)間;經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)木S護(hù)及修正后系統(tǒng)便進(jìn)人一段較長(zhǎng)的相對(duì)平穩(wěn)的低故障率區(qū)(中期)， 這段時(shí)期的長(zhǎng)短與設(shè)備的壽命、質(zhì)量相關(guān)，有幾年至十幾年左右;隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的需求與日俱增，核能作為確保我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來(lái)越重要的角色為了進(jìn)一步提高核電的經(jīng)濟(jì)效益，核電國(guó)產(chǎn)化變得越來(lái)越緊迫，其中數(shù)字化儀表和控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化又是其中重要組成部分。

　　1.3 進(jìn)一步提高儀控系統(tǒng)的性能

　　經(jīng)過(guò)十多年的核電站運(yùn)營(yíng)，我國(guó)核電運(yùn)行技術(shù)得到快速發(fā)展，但目前的儀控系統(tǒng)在部分性能上難以很好地滿足運(yùn)行技術(shù)的要求，例如數(shù)據(jù)精度、定期在線試驗(yàn)、在線參數(shù)修改、運(yùn)行優(yōu)化、信息共享等。

　　1.4 進(jìn)一步完善儀控系統(tǒng)的功能

　　數(shù)字化儀控系統(tǒng)除了完成其自身的測(cè)量、數(shù)采、控制等功能外，為預(yù)防性維修提供了有效手段。數(shù)字化儀控系統(tǒng)依靠大量數(shù)字化的信息，能夠有效地實(shí)現(xiàn)電站主體設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)督、熱力優(yōu)化、機(jī)組性能在線評(píng)估、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析等。

　　1.5 進(jìn)一步提高核電站的安全性和可靠性

　　具備高容錯(cuò)性、高冗余度是目前的數(shù)字化儀控系統(tǒng)的一項(xiàng)重要要求，通過(guò)數(shù)字化儀控改造，進(jìn)一步提高了核電站的安全性和可靠性。

　　儀表、智能開(kāi)關(guān)、智能執(zhí)行器等;FCS以統(tǒng)一的總線協(xié)議為核心，所有設(shè)備遵循同樣的總線協(xié)議，以保證其可互 操作性和開(kāi)放性;FCS的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，以此獲得更多的現(xiàn)場(chǎng)信息，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)完成控制任務(wù)。不難看出 ，F(xiàn)CS對(duì)于來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)并沒(méi)有新技術(shù)新設(shè)備，因此FCS仍需要處理開(kāi)關(guān)量信號(hào)十分成熟和完善的PLC，PLC可以作為一個(gè)站掛在高速總線上，充分發(fā)揮其在處理開(kāi)關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì)。PLC = Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。

　　2 數(shù)字化儀控方案

　　目前的數(shù)字化儀控系統(tǒng)主要包括：分散控制系統(tǒng) (DCS)、可編程序控制器(PLC)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)三種，但能稱(chēng)為全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的只有FCS 一種。全數(shù)字化儀控系統(tǒng)降低了人因失效引起非計(jì)劃停堆停機(jī)的概率，并從軟件和硬件上確保了電站安全系統(tǒng)的高可靠性;全數(shù)字化儀控系統(tǒng)自投入臨時(shí)運(yùn)行至今一直穩(wěn)定運(yùn)行，從未發(fā)生由于全數(shù)字儀控系統(tǒng)軟件或硬件原因造成的非計(jì)劃停堆;與傳統(tǒng)的模擬儀控系統(tǒng)相比，數(shù)字化儀控系統(tǒng)大大提高了核電廠運(yùn)行的效率、安全性和可靠性。

　　目前在火電站，DCS主要應(yīng)用于以模擬量控制為主的包括機(jī)、爐、電等在內(nèi)的所謂主系統(tǒng)，PLC主要應(yīng)用于以開(kāi)關(guān)量控制為主的包括水、煤、灰等在內(nèi)的所謂輔助系統(tǒng)，F(xiàn)CS應(yīng)用于火電站尚處初級(jí)階段。Dcs 在火電站的應(yīng)用經(jīng)歷了二三十年，它的設(shè)計(jì)思想、組態(tài)配置、功能匹配均已達(dá)較完善的程度，新型的DCS也具備了很強(qiáng)的順序控制功能，因此DCS已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域。

　　借鑒數(shù)字化儀控系統(tǒng)在火電站的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，將DCS和PLC引人核電站儀控系統(tǒng)，作為其數(shù)字化儀控的方案是可行的。DCS，即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱(chēng)之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。在系統(tǒng)功能方面，DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法上卻完全不同。DCS的骨架——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)于DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性，起著決定性的作用，因此各廠家都在這方面進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)。對(duì)于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，它必須滿足實(shí)時(shí)性的要求，即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說(shuō)的“確定”的時(shí)間限度，是指在無(wú)論何種情況下，信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內(nèi)完成，而這個(gè)時(shí)間限度則是根據(jù)被控制過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求確定的。因此，衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率，即通常所說(shuō)的每秒比特?cái)?shù)(bps)，而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，即能在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)確保所需信息的傳輸完成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非?？煽?，無(wú)論在任何情況下，網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷，因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　另一種可選方案是FCS系統(tǒng)，即多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng);全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置;互聯(lián)、雙向、開(kāi)放的系統(tǒng)取代單向、封閉的系統(tǒng);

　　大量分散的虛擬控制站取代集中的控制站。FCS以數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置為基礎(chǔ)，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置包括：智能儀表、智能開(kāi)關(guān)、智能執(zhí)行器等。

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