基于PLC控制下核电站风险监测和自动控制平台的探究

凌伟荣

（绍兴文理学院 元培学院，绍兴 312000）

1 核电站的PLC系统

PLC系统采用可编程的控制系统，分为控制总线和操作总线。PLC系统支持核电站内所有数据的实时监控和传输。PLC的系统的整体结构有下面几个部分组成：

1.1 PLC中央服务器

PLC的中央服务器是整个控制系统的神经枢纽，每个PLC系统最少会有一个CPU ，其按PLC的要求对数据进行储存，并采集现场状态和信息数据，所有的站内信息、整体数据都会由其统一管理，已达到核电站内部的信息集中化和统一化。

1.2 PLC控制系统工作中心

PLC控制系统工作中心是控制系统与核电站内部人员进行信息操作的设备，其主要功能就是给操作人员提供相应的人机对话界面，把整个系统的运行操作情况清晰的展现在操作人员的面前，并对核电站的生产工作的全过程进行实时监控。PLC控制系统可以同时提供多个正常画面，提供可以显示全貌的模拟显示屏[3]。

1.3 网络线路以及交换机

PLC控制系统将整个核电站分为了主干网和子网两个层面。PLC系统采用主干交换机与服务器相连的方式对整个核电站进行控制。

1.4 PLC系统控制器

PLC系统控制器是核电站整个自动化控制系统的控制中枢。PLC主要由电源模块、I/O接口、CPU、内存组成，采用模块化的结构，通过数据总线的相互关联，完成全程监控。

1.5 PLC局域网

PLC系统的渗透力超过了其他的同系列的系统，具有很好的控制体系，高效的实时监测能力。PLC的小体积结构安装简单，对现场环境的适应能力强，降低了成本。

1.6 PLC（I/O）模块

PLC控制系统是将多个控制器以及（I/O）模块分散后进行联网。这样的联网方式，可将核电站的生产工作情况全部通过网络信息传达到中央服务器，确保信息集中统一，同时为了避免个别的系统设备的故障造成整个核电站体系的安全危险，提高了PLC控制系统的可靠能力。

1.7 电源模块

220伏特或110伏特的交流电。

随着我国计算机信息水平的不断提高，控制管理技术的进一步发展，PLC控制系统多样化的研究更加丰富多样，比如计算系统、计数系统、数控模块。这些功能模块与核电站的传感器、控制器等设备直接相连，在完成核电站控制管理的基础上还可以对所有的设备进行随时诊断。目前，PLC控制系统的硬件水平还有待提高一些模块的功能还不是很强，品种也不够齐全，需要后期的进一步研究发展。

2 核电站风险监测和自动化管理的基本内容

核安全问题是全世界所关注的问题。核安全的最终目标就是通过各种手段建立安全防范措施，保证对辐射危害的有效防御。日本9.0级大地震，造成日本核泄漏，致使日本国地大面积的损伤，更是影响相邻国家的人民出行、生活的安全。可想而知，核安全问题的重要性。在正常情况下，核电站要保证放射性照射低于规定的范围，并确保堆芯的安全，确保核安全。工作人员要充分利用核电站自动化管理技术，对核电站进行系统的规范化管理，保证核能发电任务的有效完成。

2.1 核电站风险监测内容

2.1.1 辐射数据管理

核电站风险监测系统核能设备进行监控，不间断的收集其剂量数据并做好备案储存。通过所备案的所有信息，根据相关的测量尺度，计算个人以及集体的各项累积剂量，与规定的剂量范围做比较，如果超出既定范围，并立即发出警报信息，同时生成数据统计报表。

2.1.2 控制监管

核电站风险监测系统会对人员、限制区域以及任务的授权进行有效管控。该系统可以进行，录入、删除、修改人员、区域以及任务的基本资料信息，并对人员、区域和任务进行授权和取消授权。

2.1.3 设备安全监视

核电站风险监测系统会对辐射监测设备进行全程监视，会接受辐射装备发送的设备状态数据，及时做好备案，并记录下设备发生的异常信息，通过获取的数据进行安全管控。

2.1.4 人员通行控制

核电站风险监测系统会根据每个人的累积剂量以及人员、任务、区域的相关授权情况，对工作人员的进出通行情况作出正确判断，同时对作出的错误的的判断可以及时的进行更正和处理。

2.2 核电站自动化管理的基本内容

反应堆的监视、运行、管理、废料的处理；发电机的启动、运行、停止等状态；发电站下变压器的运行管理，电厂变流站的运行管理；电输送；实时监控；信息共享；等等

核电站自动化，可以做到“无人值班”，计算机进行全程监控，减少了人为的操作失误，保证了管理的有效性、快速性、纪律性，又减少了使用人工管理的成本。

3 PLC系统的内部运作方式应用于核电站的优点

PLC借助程序编程的方式将继电器、计数器等硬件实体控制，通过逻辑控制编辑的方式，大大减少了控制器所需的硬件空间，提高了核电站运行的效率，减少了错误的产生。PLC可编程系统在核电站运作中有以下优点：

3.1 成本低

PLC系统是小型化的系统，利用已有的配电网络进行传输，大大减少了安装PLC系统的投入，降低了核电站建设的资金成本。

3.2 范围广

PLC可以轻松的渗透入核电站的运作体系当中，为核电站的合理运作创造了极大的空间。

3.3 高速度

PLC拥有高速的传输功能，远远高于其他上网系统，足以支持核电站网络需要的各种应用。

3.4 易操作

PLC应用于核电站系统，避免了繁琐的操作步骤，可以做到“即插即用”，操作方式简单。PLC系统面向核电站的所有技术人员、操作人员，采用实用简单的控制模式，画面丰富、直观、形象。各种报表和图形等功能具有很高的实效性。

3.5 抗干扰能力强

PLC采用可编程系统，抗干扰能力强，系统稳定性高。

3.6 实时可靠、信息共享

PLC系统控制下整个核电站网络，可以达到信息共享、信号共享，各个部门之间从部分到整体能够拥有充分的协调性和有效性。

3.7 整体监控

PLC系统能够通过I/O 接口，对整个核电站的数据进行全程采集、记录、分析、监视以及操作控制，同时系统在出现问题时，可以进行局部的故障在线维修。

3.8 设计优良

PLC采用可编程系统，在单一的地方失效时，仍然可以保持整个核电站控制系统的完整性，具有很高的可靠性。

4 PIC应用于核电站风险监测以及自动化管理方面的优势

核工业的发展关系整个国家的兴衰存亡，核安全就是核工业发展的必要保证。国家明文规定，核电站的使用必须经过概率安全评价（PSA），使安全风险控制在极低的限度之内，确保核电站安全。核电站完全在风险监测系统的实时预测和监测之下。然而，通过对系统的使用，发现其存在着计算失误、速度慢、操作繁杂等不足，很可能会影响核电站的发展，严重的会造成安全威胁。PIC采用的可编程存储器，具有可靠性强、抗干扰能力强、速度灵敏、容易操作、体积小、价格便宜等优势，运用于核电站工作将大大提高核电站风险监测的安全性以及对核电站自动化管理的有效性。

4.1 PIC应用于核电站风险监测的优势

核电站实时风险计算是风险监测器的核心，一直是研究的热点。在核电站风险监测中包括了“割集法、重解法以及混合法”三种风险监测方式。一是割集法。其虽然能快速计算风险，但是不能保证核电站所有状态下都是最小割集。二是重解法。其虽然能保证计算结果正确，但是计算的速度较慢。三是混合法。其存在截断问题，虽然能提高计算精度，但是如果计算方法不当，计算速度仍会很慢。IPC采用可以编程的程序存储器，用来存储运算、计时、计数以及算术运算等操作指令，具有计算精确、计算快速、高可靠性以及很强的抗干扰能力，真正提高了核电站风险监测的能力。

4.2 PLC自动化控制系统的特点

PLC控制系统应用于核电站，被控量主要是核辐射、温度、压力、流量、个人辐射累积量等。PLC控制系统的发展，改变了核电站控制系统的局限性，使得对核电站的自动化控制日趋合理性、有效性。PLC计算机控制系统就是以计算机技术为基础的可编程控制系统，是由被控对象、PLC系统、监测储存以及执行中心组成的合理化控制系统。如图1所示：

4.3 PIC的自动化管理优势

4.3.1 反应快，速度灵敏

PLC取代了传统的机械触电继电器，采用辅助继电器，去除了复杂的导线连接，加入了逻辑关系，使得继电器接点变位几乎为零，加强了计算以及各种算术能力，提高了工作效率。

4.3.2 抗干扰，可靠性强

PLC控制系统取代了传统的继电器技术，抗干扰的能力大大加强，能够适合在核电站这一复杂工业环境下工作，提高了安全系数。

4.3.3 易操作，可塑性强

核电站工作人员的自动化知识、技术参差不齐，面对较难上手的程序容易出现问题。PLC技术操作简单，容易上手，采用简单的指令结构，形象、直观的表达方式，让核电专业人才去除了对自动化控制知识的盲点，确保了操作的安全有效性。

5 PLC运用于核电站的发展前景

5.1 网络化和数字化将进一步深化

当前，控制管理系统技术日益成熟完善，尤其是DCS系统。结合DCS系统的优势，进一步完善PLC系统，使其数字化、智能化得到进一步加强。未来在PLC系统管控下核电站的风险监测与自动化能力将会更加具有稳定性、高效性。

图1 控制系统简图

5.2 规格更加丰富

根据核电站地理环境，规模大小等因素的不同，未来PLC系统在核工业的领域中，品种将会越来越多样化，规格也会更加的完备，使PLC系统对核电站风险监测以及自动化管理更加合理化。

6 结束语

核电站采用PLC控制系统的优势是显而易见的。随着我国计算机技术的不断提高，自动化水平不断发展，PLC在核电站体系运作中的比重将会越来越大，功能也将会越来越多样化。未来，集控制、维修、技术管理和教育培训等功能于一体的更高级的智能控制体系将会成为核电站自动化管理的发展趋势。

[1] 许耀武, 薛大知, 奚树人. 核电站实时风险管理系统[J].核动力工程, 1997, 18(4): 298-302.

[2] 许耀武. 风险技术优化技术规格书的方法与核电站实时风险管理系统[D]. 北京: 清华大学, 1997.

[3] 马进, 等.“核能发电原理”, 中国电力出版社, 2007.