交叉监视控制功能在CPR1000核电站的应用

宋永彬

(中广核工程有限公司，广东 深圳　518124)



交叉监视控制功能在CPR1000核电站的应用

宋永彬

(中广核工程有限公司，广东 深圳518124)

摘要：在CPR1000核电站中，为满足操作员观察、操作的需要，在DCS中使用了交叉监视和控制功能。这部分功能的信号具有涉及多系统、多类别、跨机组的特点，相关仪控工程师并不能很好地应用这些功能。通过对六台机组的数据和工程内容进行整理、分析，并结合DCS平台的特性，对这类功能信号进行了总结和归纳，为核电站仪控工程师处理日常工作提供帮助，也能提高排查现场问题的效率。

关键词：核电站主控室仪控系统数字化DCSPLC安全级

0引言

随着计算机等数字化技术的发展，核电站逐渐采用先进的数字化技术DCS或PLC来取代传统的模拟技术设计仪控系统。我国首先将西门子的DCS平台TXS+TXP应用于田湾核电站，并设计了仪控系统[1]；随后在岭澳二期、红沿河、宁德、福清等核电项目中也全部采用了数字化技术。

核电站的仪控系统一般分为安全级和非安全级两大部分，安全级仪控系统主要用于保证核电站的安全控制功能[2]，其余部分由非安全级仪控系统承担。

本文基于CPR1000核电机组使用的集散式控制系统 (DCS)[3]——MACS VI非安全级仪控平台，分析研究了核电站单元机组间信号交叉监视控制功能的技术应用方案，为我国核电站仪控系统人员在处理类似问题时提供借鉴。

1交叉监视控制功能要求和应用分类

根据核电站实际工艺系统中的功能需要，操作员不仅要对本机组的设备进行监视或控制，还要对其他机组的设备进行监视或控制，以达到使操作员充分了解工艺系统中设备状态的目的，为操作员作出正确判断提供帮助。这些工艺系统设备[4]主要集中在通风系统，也涉及电厂辐射监视系统、水压试验泵汽轮发电机组、核岛排气和输水系统、设备冷却水系统、废气处理系统等设备。

交叉监视控制功能主要分为两大类。

(1)双机组仅须进行监视：

①两个机组同时显示的信号;

②单机组的设备在公共机组画面中显示；

③公共机组的信号。

(2)双机组都有对设备进行控制的需要：

①指令类；

②设备类。

2不同类型交叉监视控制功能的应用分析

2.1MACS VI域间引用功能的简介

MACS VI平台中，一个机组的仪控系统被转化为一个域，不同机组分属在不同的域中。例如1号机组和2号机组的非安全级仪控系统分属MACS VI平台中不同的域，两个域之间可以通过通信接口[5]进行数据交换，如图1所示。

图1　 MACS VI域间引用示意图Fig.1　Schematic diagram of MACS VI inter-domain quote

2.2双机组仅需要进行监视

2.2.1两个机组同时显示的信号

信号分属于不同机组，但是却要由两台机组同时能够观察到信号状态。

以1号机组1DVN057KS和2号机组2DVN057KS两个信号为例，其目的是对碘吸附器或电热器的温度进行监视。这两个信号一个属于1号机组设备状态显示，另一个属于2号机组设备状态显示，但是1号机组和2号机组在各自的主控室[6]屏幕上都要能够观察到这两组设备的状态信号，即1号机组主控室屏幕也可以看到1DVN057KS和2DVN057KS信号、2号机组主控室屏幕也可以看到1DVN057KS和2DVN057KS信号。

通过MACS VI平台的域间引用功能，可实现相应信息在各自机组主控室画面的显示，即在数据库[7]的DGI表中按照格式将两个信号的信息填写进去，后续通过数据导入、平台工程编译、下装[8]等MACS VI平台仪控操作手段即可实现上述功能。实现方案如图2所示。

图2　两个机组同时显示的信号实现方案示意图Fig.2　Signals for realizing two units displaying at the same time

2.2.2单机组信号在公共机组显示

此类设备仅属于单台机组，但是却要两台机组都可以观察到此设备的状态信息。

例如3DVN035ZV是3号机组设备，在3号机组主控室屏幕中可以监视此设备状态。由于此设备不属于4号机组，原本4号机组是不会采集此设备状态的，也就是说在4号机组主控室是不会显示此设备状态。但是由于工艺系统和操作员监视的需要，此设备状态也要在4号机组主控室屏幕中显示，并且显示的信息要与在3号机组主控室上显示的信息一致。设计方将此信号放在了公共机组画面中(8DVN001YCD)，以满足这种需要。

对于MACS VI平台，实现上述功能的方案如下。

①由于3DVN035ZV是3号机组设备，所以，在3号机组中正常组态，与其他设备状态采集方案一样。

②将3号机组组态方案页中使用的算法块名称复制到4号机组数据库中，须将设置改成0号站调用(即4号机组服务器调用)。

③在4号机组中的公共机组画面调用已经在4号机组数据库内设置完成的3DVN035ZV信息(步骤②中已经完成)，并完成下装。

经过上述步骤，即可实现在4号机组主控室上显示3号机组设备3DVN035ZV状态的功能。

2.2.3公共机组的信号

核电站仪控系统中的所谓公共机组是一种机组编码，并没有实体反应堆与之对应，而是包含了几个实际工艺系统的统称。为方便仪控数据的统一管理，MACS VI平台分配了相应的仪控控制站，以实现对公共机组的数据和设备进行采集、控制。

例如三废系统就是两台机组共用一套(例如1号机组和2号机组共用一套三废系统)，在仪控系统中将此归结为公共机组(9号机组)中的一部分。

这类工艺系统是由两台机组共用，那么两台机组就要对其状态进行监视。基于上述两种交叉监视的方案，这部分信号的监视功能实现方案就较为容易理解，即：将9号机组的信号、逻辑的信息在1号机组内正常组态(等价于1号机组中工艺系统设备仪控功能实现方法)，在2号机组内只要将1号机组数据库中对应信息复制到2号机组数据库中，同时将工艺系统对应的画面信息填写清楚，完成编译下装即可。

2.3双机组都有对设备进行控制的需要

当两个机组都可以对一个设备进行控制，为避免两台机组同时发出设备控制命令，使设备发生偏离预期控制要求的情况，必须先指明当前时刻可以对哪一台机组进行控制，同时无法对另外一台机组进行控制。例如：1号机组主控室与2号机组主控室都可以对设备A进行控制。当1号机组主控室对设备A有操作需求的时候，要先核实是否有操作权限：如果有，则可以直接操作并且操作成功；如果没有操作权限，则设备A当前仅能在2号机组主控室进行操作，或是等待2号机组主控制室将对设备A进行操作的权限切换至1号机组主控。

2.3.1指令类

此类指令要求不受被控制设备所属机组限制，可以在两台机组的任一一台机组中输出，实现对设备的控制。

例如3DVN007KG是用来控制3DVN007ZV动作的指令按钮，3DVN007KG按钮在画面8DVN001YCD中。由于此设备专属于3号机组，可以接收3号机组主控室的控制指令；控制按钮所在画面是8DVN001YCD，属于公共机组画面，这就要求在4号机组主控室中也可以对3DVN007ZV进行控制。

在MACS VI平台中，实现上述功能的方案如下。

①在3号机组中正常实现控制功能的相关要求，通过编译后下装至公共机组所在的控制站中；

②在4号机组中复制3号机组数据库信息，将该设备所属控制站号设置修改为0号站，编译后下装；

③在4号机组中将公共机组画面调用4号机组数据库中3DVN007KG信息，并完成下装。

经过上述步骤，即可实现在4号机组主控室上通过8DVN001YCD中3DVN007KG对3号机组设备3DVN007ZV进行控制的功能。

2.3.2设备类

此类设备要求在本机组主控室，通过本机组专属画面，对专属于另外一个机组的设备进行控制。

例如4RPE024PO是专属于4号机组的就地设备，设备控制信息在4RPE002YCD和3RPE002YCD中均存在，这就要求3号机组和4号机组都可以对此设备进行控制。对于3号机组而言，此功能就是在3号机组主控室的3号机组的画面中对4号机组的设备进行控制。

此部分设备控制实现方案与“指令类”的实现方案区别在于：“指令类”中提及的按钮在公共机组的画面上，而公共机组的画面是3号机组和4号机组均可使用的。而此类设备信息在各自机组专属的画面上，即：4RPE002YCD属于4号机组专有画面，3RPE002YCD属于3号机组专有画面。

此类设备的实现方案与之前介绍的几种方案相比，较为复杂：

①3号机组和4号机组均按照此设备为本机组设备，实现数据库和方案页组态的工作；

②3号机组在实行方案页组态工作时，须注意将方案页中体现画面上指令操作的信号送到4号机组；

③4号机组在实行方案页组态工作时，须注意将方案页中的算法块输出信号和第二步由3号机组送过来的信号作一个“或”逻辑输出。

经过上述步骤，即可实现在3号机组主控室上通过3RPE002YCD对4号机组设备4RPE024PO控制的功能。交叉监视设备类功能实现如图3所示。

图3　交叉监视设备类功能实现示意图Fig.3　Implementation of the functions of equipment class for cross monitoring

3结束语

核电站系统设备的监视和控制对核电站的安全性和经济性至关重要，交叉监视控制功能的应用无疑为电站系统设备的有效控制增加了一层保障。本文通过对交叉监视控制功能的应用分析和梳理，总结了五类情况，希望这些内容可以为核电站仪控系统人员提供一些参考。

参考文献：

[1] 周海翔.田湾核电厂TXP/TXS系统的数据通讯[J].核动力工程，2006(6)：67-70.

[2] 姚万业,郑伟智,侯军委.APWR安全级仪控系统通信应用浅析[J].自动化仪表，2014(5)：47.

[3] 王翠芳,任永忠.DCS 在核电站通风系统中的应用[J].自动化仪表,2010,31(1): 26-29.

[4] 广东核电培训中心.900MW压水堆核电站系统与设备 [M].北京：原子能出版社,2005.

[5] 翟伟翔,苏适.火电厂分散控制系统数据通信接口[J].自动化仪表,2011,32(10): 21-24.

[6] 杨大新.核电厂主控室数字化人机界面中信息显示对人因失误的影响及信息布局的实验优化[D].衡阳：南华大学,2011.

[7] 韩庆兰.数据库技术[M].长沙：湖南科学技术出版社,2001.

[8] 韩超,刘晓宇,马永光,等.通用DCS组态平台的设计与开发[J].热力发电,2012,41(1):16-20.

中图分类号：TH-39;TP273

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201607015

Application of the Function of Cross Monitoring and Control in CPR1000 Nuclear Power Plant

Abstract：In order to meet the needs for observation and operation of operators in CPR1000 nuclear power plant,the function of cross monitoring and control is used in DCS.The signals of this function are involving multiple systems,multiple categories and cross-unit.The related I&C engineers are unable to use the function very well.Through sorting out and analyzing the data and engineering contents of six units,and combining with the characteristics of DCS platform,these functional signals are reviewed and summarized,thus the I&C engineers are assisted in their daily works,and the efficiency of troubleshooting field issues is also enhanced.

Keywords:Nuclear power plantMaster control roomI&C systemDigitizationDCSPLCSecurity level

修改稿收到日期：2015-09-22。

作者宋永彬(1985—)，男，2008年毕业于东北电力大学自动化专业，获学士学位，工程师；主要从事核电方向的研究。