核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)(以下簡稱“核電DCS”)是核電站的神經(jīng)中樞，控制著核電站上百個(gè)系統(tǒng)、上萬臺設(shè)備的運(yùn)行，對于保障核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。由于可控性要求極高、研發(fā)難度大，中國長期以來一直依賴進(jìn)口。

現(xiàn)在中廣核“和睦系統(tǒng)”填補(bǔ)了這一空白，也使中國成為少數(shù)幾個(gè)掌握這一技術(shù)的國家之一。

“中廣核防城港3號機(jī)組的‘和睦系統(tǒng)’采用最嚴(yán)格的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。” 上海中廣核工程科技有限公司(以下簡稱“上海科技”)黨委副書記、總經(jīng)理表示，“‘和睦系統(tǒng)’的所有軟件都是由我們自主研發(fā)的，并且在應(yīng)用過程中產(chǎn)生了大量的發(fā)明專利。”

老核電人的夙愿

在中廣核防城港核電基地的模擬主控制室中，模擬主控制室的面積達(dá)到300平方米左右，凈高6米，實(shí)現(xiàn)了安靜低噪大空間的工作環(huán)境。

3號機(jī)組采用的數(shù)字化控制系統(tǒng)，包含4臺圓弧形工作站，操縱員在工作站完成主控制室操作和監(jiān)控。前面兩個(gè)工作站具有操作功能，后面兩個(gè)工作站具有監(jiān)視功能。“4個(gè)工作站雖然功能不同，但工作站出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以重新配置為互相冗余備用。”工作人員向介紹。

前方兩個(gè)操作站中間位置有緊急操作盤，在緊急情況下可以快速觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，將核電站置于安全可控狀態(tài)下。

一直以來，對于核電站操縱人員的培訓(xùn)，也是非常嚴(yán)格的。“新員工進(jìn)場后，要學(xué)習(xí)各種專業(yè)理論知識，然后經(jīng)過3年的實(shí)際接觸，經(jīng)過層層考試和選拔，考核通過的，可以進(jìn)行20周左右的模擬機(jī)培訓(xùn)，并經(jīng)歷三場考核。考核成績優(yōu)異者，可以參加國家的大考——國家能源局舉行的民用核設(shè)施操縱員考試，一共4場，都通過后，才能獲得執(zhí)照，來這里工作。”上海科技的工作人員向介紹道。

核電DCS是核電領(lǐng)域復(fù)雜的重大裝備，因?yàn)橄到y(tǒng)規(guī)模大、綜合程度高、應(yīng)用場景復(fù)雜，并且各核電基地需求多樣，一直以來是我國核電裝備領(lǐng)域國產(chǎn)化亟待征服的一塊高地。在北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司(以下簡稱“廣利核”)誕生的DCS系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)了老一代核電人的夙愿——用上中國自己的儀控系統(tǒng)來控制和管理中國的幾十臺核電站，確保核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

成為“隱形冠軍”

為改變長期依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面，2005年10月，中國廣核集團(tuán)有限公司(以下簡稱“中廣核”)組建了廣利核公司。這家應(yīng)核電DCS自主化使命而生的企業(yè)雖然體量微小，卻重任在肩。從早期的技術(shù)儲備到自主產(chǎn)品的發(fā)布，再到規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，接近兩個(gè)十年的堅(jiān)守鑄就了“和睦系統(tǒng)”的成功。

核級DCS主要完成核電站反應(yīng)堆安全停堆和事故緩解功能，它的自主研發(fā)和應(yīng)用填補(bǔ)了我國在該技術(shù)領(lǐng)域的空白。核級DCS研發(fā)之所以難，其中一個(gè)重要原因是需要滿足兩個(gè)重要指標(biāo)，一個(gè)是反應(yīng)堆控制保護(hù)系統(tǒng)的拒動(dòng)率，要求做到10的-7次方，也就是1000萬次要求動(dòng)作的指令，系統(tǒng)不能有一次拒絕執(zhí)行。還有一個(gè)是誤動(dòng)率，50年內(nèi)只允許系統(tǒng)向偏安全的方向誤動(dòng)一次。這兩個(gè)指標(biāo)對于系統(tǒng)的可靠性要求非常高。

從0到1的突破是一條最難的路。

核電自動(dòng)化領(lǐng)域的出色表現(xiàn)推動(dòng)了廣利核的快速發(fā)展。2021年9月，中廣核以廣利核公司為依托，整合幾家成員企業(yè)組建了數(shù)字化平臺——上海科技，全力奔赴新的賽道。

上海科技是中廣核發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的專業(yè)化平臺，承擔(dān)著中廣核長三角新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心的建設(shè)任務(wù)，以及推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合的戰(zhàn)略任務(wù)。作為中廣核年輕的板塊成員，在核電儀控領(lǐng)域已是行業(yè)翹楚的上海科技，有著數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐的天然優(yōu)勢。

上海科技整合了6家成員公司，通過業(yè)務(wù)上對縫拼圖、協(xié)同作戰(zhàn)，技術(shù)上優(yōu)勢互補(bǔ)、集中攻關(guān)，全力打造核電儀控、高端工控和數(shù)字化三個(gè)板塊，它們被稱為“三駕馬車”。

在構(gòu)建自主可控產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面，上海科技有著肥沃的土壤，中廣核較為完整的清潔能源產(chǎn)業(yè)為上海科技高端工控和數(shù)字化板塊的發(fā)展創(chuàng)造了條件。在“和睦系統(tǒng)”取得成功之后，依托中廣核長三角新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心的數(shù)十個(gè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，上海科技又陸續(xù)孵化了核安保產(chǎn)品“和睦天盾”、網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品“和睦衛(wèi)士”、智能云平臺“和睦云網(wǎng)”等新產(chǎn)品，并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，使得這家“隱形冠軍”企業(yè)榮譽(yù)接踵而來。2018年，上海科技下屬廣利核公司獲得第五屆中國工業(yè)大獎(jiǎng)，2020年入選國家首批科改示范企業(yè)，2021年獲得北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，2023年入選創(chuàng)建世界一流“專精特新”示范企業(yè)。

2023年，中廣核第一次將擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“和睦系統(tǒng)”應(yīng)用在中國最先進(jìn)的第三代核電站上。

3月25日，我國西部首臺“華龍一號”機(jī)組——中廣核防城港核電站3號機(jī)組成功投產(chǎn)，“和睦系統(tǒng)”在我國自主三代核電機(jī)組上成功應(yīng)用，為我國核電建設(shè)交出了又一份滿意的答卷。

“和睦系統(tǒng)”系列平臺應(yīng)用于防城港3號機(jī)組，采用最新、最嚴(yán)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，共包括351臺機(jī)柜、28組盤臺，涉及板卡近2萬塊，組態(tài)頁面超過5萬頁。通過近400公里電纜實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場上萬個(gè)設(shè)備的監(jiān)視或控制。

應(yīng)用到“華龍一號”機(jī)組，“和睦系統(tǒng)”在技術(shù)上進(jìn)行了五大創(chuàng)新和改進(jìn)：一是首次研制了一整套滿足“華龍一號”工藝系統(tǒng)復(fù)雜控制策略要求的功能算法，通過提高機(jī)組自動(dòng)化水平，減輕了操縱員負(fù)擔(dān)，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。二是首次研制了基于數(shù)字化技術(shù)的輔助控制盤，解決了傳統(tǒng)模擬后備盤硬件規(guī)模龐大、監(jiān)視信息少、維護(hù)困難等問題，進(jìn)一步提高了核電站的智能化水平。三是控制平臺的功能、性能，以及系統(tǒng)容量都得到全面提升和驗(yàn)證，滿足“華龍一號”機(jī)組高安全性和先進(jìn)性的要求。四是系統(tǒng)抗震等級進(jìn)一步提高，滿足“華龍一號”機(jī)組地面水平加速度0.3g的要求，安全性能大幅提升。五是成功研發(fā)了滿足最先進(jìn)人因工程要求的主控制室，全面提升了主控制室的人因可靠性。

“和睦系統(tǒng)”在“華龍一號”西部首堆上的成功應(yīng)用，為我國三代核電示范工程強(qiáng)化了自主基因。它不僅極大提升了我國自主核電儀控裝備行業(yè)整體技術(shù)水平，而且有力保證了核電項(xiàng)目建設(shè)的工期和質(zhì)量，為后續(xù)“華龍一號”機(jī)組的批量化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

“大腦”實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破

核級操作系統(tǒng)是“和睦系統(tǒng)”的大腦所在，是核心技術(shù)的重中之重。廣利核研發(fā)團(tuán)隊(duì)依據(jù)核級軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新提出了時(shí)間、行為和內(nèi)存空間確定的操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，定義了核安全級編程語言，成功研制出我國首個(gè)核級操作系統(tǒng)。它與國外同類產(chǎn)品相比，任務(wù)調(diào)度性能提升60%，整體響應(yīng)時(shí)間縮短了15%。

核級操作系統(tǒng)的軟件需要把核電站的各種控制保護(hù)邏輯變成計(jì)算機(jī)可讀的代碼，為了解決軟件代碼轉(zhuǎn)換過程的正確性、可信度問題，廣利核研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大量研究，采用基于形式化方法的核級軟件代碼生成技術(shù)，解決了傳統(tǒng)編譯技術(shù)難以避免的“誤編譯”世界級難題。廣利核使用這一編譯器已生成4000萬行代碼，從未產(chǎn)生“誤編譯”錯(cuò)誤。

要實(shí)現(xiàn)完整的核級DCS功能，“和睦系統(tǒng)”近百種不同類型的板卡也都得靠自主研發(fā)。其中，主控板卡的設(shè)計(jì)，光是對電路設(shè)計(jì)的要求就非常高，需要以最快的速度處理從核電站上萬個(gè)設(shè)備收集來的各種數(shù)據(jù)，并監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)，涉及非常復(fù)雜的算法。僅攻克主控板卡設(shè)計(jì)這一項(xiàng)難題，廣利核研發(fā)團(tuán)隊(duì)就進(jìn)行了十幾輪設(shè)計(jì)迭代、上千次試錯(cuò)和上萬次消缺。

關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，使“和睦系統(tǒng)”平臺的整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，系統(tǒng)安全性和可靠性設(shè)計(jì)等技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。2016年，“和睦系統(tǒng)”通過國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)獨(dú)立工程審評，拿到進(jìn)入國際市場的“入場券”。

目前，“和睦系統(tǒng)”已在廣東陽江5&6號機(jī)組、遼寧紅沿河5&6號機(jī)組、江蘇田灣5&6號機(jī)組、“華龍一號”示范工程——廣西防城港3&4號機(jī)組、江蘇田灣7&8號機(jī)組等21臺新建核電機(jī)組上得到應(yīng)用。

“我們現(xiàn)在還在進(jìn)行智能系統(tǒng)的科技攻關(guān)與應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以保障平臺的先進(jìn)性。”孫永濱說。

科技強(qiáng)企，身邊的“隱形冠軍”上海科技已經(jīng)走在新的賽道上，用他們的生動(dòng)實(shí)踐譜寫制造強(qiáng)國、科技強(qiáng)國和數(shù)字中國建設(shè)的新篇章。