羅伯特·安蒙(Robert Ammon)和馬克·伯津斯基(Mark Burzynski)提出了向數(shù)字儀表和控制技術(shù)過渡的理由：這些技術(shù)提供了更安全的設(shè)計，降低了成本，最大限度地減少了退化問題。

1、I&C系統(tǒng)

推遲采用數(shù)字技術(shù)，轉(zhuǎn)而使用在當(dāng)今市場上難以找到且昂貴的模擬產(chǎn)品，會帶來成本和各種風(fēng)險。

核安全儀表和控制(I&C)系統(tǒng)的數(shù)字技術(shù)可以帶來各種優(yōu)勢，使公用事業(yè)公司能夠通過更安全的設(shè)計提高設(shè)備和核電廠的可靠性，降低運營成本，并將退化的影響降至最低。

這些優(yōu)勢可以幫助實現(xiàn)核工業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的共同目標(biāo)——實現(xiàn)商業(yè)核電站的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)高效運行。

2、更安全的設(shè)計

數(shù)字I&C技術(shù)提供了靈活性，使設(shè)計人員能夠創(chuàng)建高度可靠的應(yīng)用程序，以比模擬應(yīng)用程序低得多的成本，將虛假反應(yīng)堆緊急停堆事件的發(fā)生率降至最低。

這項技術(shù)使公用事業(yè)公司能夠?qū)⒉僮鹘?jīng)驗教訓(xùn)和設(shè)計改進(jìn)結(jié)合起來，從而實現(xiàn)更穩(wěn)健的系統(tǒng)，并具有本質(zhì)上更安全的設(shè)計。

3、基本硬件改進(jìn)

最先進(jìn)的數(shù)字設(shè)備采用現(xiàn)代電路板設(shè)計，采用更高容量的模塊和機(jī)箱，由現(xiàn)代組件構(gòu)成。

在該系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)所需的模塊類型和數(shù)量，比舊模擬設(shè)備更少。

使用數(shù)字技術(shù)，I&C設(shè)備中硬件組件的數(shù)量可減少80%，從而降低隨機(jī)故障的概率，提高了重要安全相關(guān)設(shè)備的可靠性。

4、自檢、監(jiān)控和診斷功能

現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)提供了廣泛的自我測試、診斷和監(jiān)控功能，可早期發(fā)現(xiàn)問題。

這些功能有助于維護(hù)人員解決問題，并實施糾正性維護(hù)，從而簡化維護(hù)工作并縮短維修時間。

通常，診斷可以使用熱插拔功能告知維護(hù)人員需要更換的確切模塊。這提高了I&C系統(tǒng)的可用性，減少了專門用于I&C系統(tǒng)直接維護(hù)的工作量。

現(xiàn)代數(shù)字I&C系統(tǒng)還可以提供更多有關(guān)I&C系統(tǒng)和其他連接設(shè)備(如輸入傳感器和輸出致動器)的性能數(shù)據(jù)，以支持基于性能的監(jiān)測和趨勢分析。

這些數(shù)據(jù)可用于診斷降級設(shè)備，并在設(shè)備故障前采取措施。診斷可以通過警報通知維護(hù)人員不太嚴(yán)重的故障，并允許有時間計劃糾正性維護(hù)。

數(shù)字技術(shù)允許采用模擬技術(shù)無法實現(xiàn)的先進(jìn)控制策略(如數(shù)字輸出的連續(xù)測試)。

許多現(xiàn)代數(shù)字I&C平臺采用了自我監(jiān)控技術(shù)，以確保及早檢測到錯誤和故障，從而保持可用性。

這些設(shè)計采用“優(yōu)雅降級”策略，以確保系統(tǒng)對檢測到故障的安全響應(yīng)與故障重要性相稱，從而減少設(shè)備故障引起的電廠瞬變(IEC 61508允許優(yōu)雅降級技術(shù)，通過降低不太重要的功能，在發(fā)生故障的情況下保持關(guān)鍵系統(tǒng)功能可用性)。

例如，警報和診斷消息可用于發(fā)出較低級別故障的信號，模塊輸出可被置于臨界故障的預(yù)定義安全狀態(tài)。

可以采用不同的故障管理策略來處理間歇性和持續(xù)性通信問題。

5、靈活的模塊化設(shè)計

數(shù)字技術(shù)的靈活性，加上模塊化設(shè)備的更高容量，使得在數(shù)字I&C架構(gòu)中實現(xiàn)冗余比使用模擬技術(shù)簡單得多。

通道的附加冗余可以并入輸入模塊設(shè)計中，并且可以使用多個輸出模塊將冗余添加到輸出模塊級和機(jī)箱內(nèi)的輸出信號中。

可以在投票子系統(tǒng)的列車級和并行子系統(tǒng)的系統(tǒng)級添加更多冗余。這些選項可用于提高可靠性和可用性，促進(jìn)維護(hù)和測試，并改善對不希望的虛假驅(qū)動的保護(hù)。

這些變化可用于消除重要的故障漏洞，提高I&C系統(tǒng)和整個電廠的可靠性。

6、更簡單的設(shè)計改進(jìn)

數(shù)字技術(shù)使實現(xiàn)具有所需冗余和架構(gòu)的應(yīng)用變得更容易，因為許多所需特征可以在設(shè)計的可編程數(shù)字部分中，而不是在附加硬件中提供。

現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術(shù)可以將冗余電路并入單個FPGA上的電子設(shè)計中。

FPGA技術(shù)使一些供應(yīng)商能夠基于內(nèi)部架構(gòu)特性開發(fā)多樣性策略，以解決數(shù)字共因故障(CCF)，解決方案比基于微處理器的技術(shù)更簡單。

這些技術(shù)還使得將先進(jìn)控制策略作為I&C系統(tǒng)的一部分變得更加容易。

這些算法可以是基于軟件的算法，提供警報和診斷消息，或者對檢測到的故障采取定義的行動，這些故障在純基于硬件的環(huán)境中是非常困難或不可能的。

數(shù)字技術(shù)使實施設(shè)計更改變得更簡單。

在大多數(shù)情況下，對系統(tǒng)功能的更改只涉及軟件或(在FPGA的情況下)電子設(shè)計更改，而不是硬件更改。

7、降低成本

如上所述，數(shù)字技術(shù)具有自我診斷和消息傳遞功能，可以簡化維護(hù)、故障排除和縮短維修時間，從而降低I&C維護(hù)成本。

現(xiàn)代數(shù)字I&C組件的可靠性和將功能分配給軟件的能力，降低了零件成本并減少了備件庫存(庫存項目和每個項目的庫存水平)。

通過增加冗余和消除單點脆弱性實現(xiàn)的可靠性提高，將提高電廠容量系數(shù)并降低發(fā)電成本。

工程工作站的使用，簡化了設(shè)置點更改或驗證設(shè)置點正確性的任務(wù)，無需操作設(shè)備機(jī)架中的部件。工程工作站可以采用驗證技術(shù)來減少人為錯誤。

8、優(yōu)化監(jiān)控測試

現(xiàn)代數(shù)字I&C平臺中可用的自測試和自監(jiān)控功能，可用于優(yōu)化系統(tǒng)監(jiān)控測試。

輸入通道數(shù)據(jù)可以通過自動比較進(jìn)行檢查，在線監(jiān)測系統(tǒng)中的警報可以取代現(xiàn)有的模擬通道檢查。

自檢功能可替代用于驗證設(shè)定點和保護(hù)系統(tǒng)跳閘驅(qū)動能力的標(biāo)準(zhǔn)模擬通道功能測試(例如，持續(xù)檢查模塊軟件或電子設(shè)計的完整性)。

輸入模塊中的自動校準(zhǔn)功能，可以簡化整個儀器回路的標(biāo)準(zhǔn)通道校準(zhǔn)監(jiān)控要求，并且可以使用自動測試車縮短停機(jī)期間執(zhí)行端到端測試的時間。

在美國，一個數(shù)字改造項目實現(xiàn)了大幅的成本節(jié)約。

新設(shè)計使電廠操作員能夠消除他們每班執(zhí)行的單獨輸入通道檢查。這些參數(shù)由工廠過程計算機(jī)持續(xù)監(jiān)控，當(dāng)檢測到偏差時，計算機(jī)會向操作員發(fā)出警報。

平臺自測功能用于消除系統(tǒng)的所有在線監(jiān)測測試，放置系統(tǒng)的高可靠性，消除了I&C部件故障引起的電廠瞬態(tài)。

“優(yōu)雅降級”功能消除了對任何快速響應(yīng)維護(hù)支持的需求，因為早期檢測到故障，并在過渡期間維護(hù)了安全的系統(tǒng)運行。

9、支持大數(shù)據(jù)計劃

數(shù)字技術(shù)還可以支持其他大數(shù)據(jù)舉措。

數(shù)字安全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出功能可以將數(shù)據(jù)提供給分析軟件計劃，用于先進(jìn)的電廠性能監(jiān)測或基于性能的維護(hù)和監(jiān)督測試。

10、減少報廢風(fēng)險

所有電子元件最終都將過時。因此，在I&C系統(tǒng)生命周期中管理報廢至關(guān)重要。

一個典型的核電站包含大約17,000個儀控部件，其中25%處于或接近報廢點。使用經(jīng)過驗證的數(shù)字I&C設(shè)備可以解決模擬組件的過時問題。

11、微處理器技術(shù)限制

基于微處理器技術(shù)的一個問題是其快速淘汰和壽命短。基于繼電器和模擬組件完全運行30年并不罕見。基于微處理器的設(shè)備(硬件和軟件)不太可能做到這一點;然而，一些供應(yīng)商提供的核服務(wù)產(chǎn)品線的壽命與模擬設(shè)備相當(dāng)。

隨著核電機(jī)組運行壽命的延長，數(shù)字I&C系統(tǒng)可能需要多次更換。

12、FPGA技術(shù)優(yōu)勢

基于FPGA的解決方案可以簡化長期支持，并允許將來更換老化和/或過時的FPGA電路，而無需進(jìn)行重大重新設(shè)計。

基于FPGA的設(shè)計應(yīng)考慮到長期支持和過時保護(hù)。一個設(shè)計良好的FPGA解決方案應(yīng)該能夠“移植”到其他電路，即使是來自不同制造商的電路，使用標(biāo)準(zhǔn)語言，并避免依賴于電路的特性。

當(dāng)然，如果新的FPGA有不同的占地面積或引腳，電路板將需要重新設(shè)計。

通過在項目規(guī)劃、電路架構(gòu)設(shè)計、選擇要與相關(guān)工具集一起使用的特定空白電路以及在電路編程中遵循的編碼規(guī)則和實踐中使用可用的行業(yè)指南，可以實現(xiàn)FPGA設(shè)計的更大可移植性及其對電路過時的保護(hù)程度。

有必要對如何開發(fā)、實施和記錄設(shè)計提出要求或限制，以便實現(xiàn)長期支持、易于修改和設(shè)計可移植性的目標(biāo)。

項目計劃應(yīng)規(guī)定設(shè)計的哪些部分或級別將保持電路獨立，以便這些部分可以重復(fù)使用，即使將來必須使用不同的空白電路進(jìn)行更換或升級。

可能存在與使用非電路獨立的第三方知識產(chǎn)權(quán)核心或預(yù)開發(fā)塊相關(guān)的要求或限制。

當(dāng)I&C系統(tǒng)設(shè)計包含適當(dāng)?shù)奶蕴芾硪?guī)定時，只有最終的FPGA設(shè)計步驟(綜合+位置和路線)取決于所選的特定FPGA電路。

如果FPGA電路過時，用另一個FPGA電路代替(使用當(dāng)前可用的技術(shù)和獨立于電路(寄存器傳輸級)的設(shè)計表示)。