核电站仪控系统数字化改造方案分析

　大亚 湾 、 岭澳、秦山等在役核电站的主要仪控系统采用的是常规仪表系统，其特点是模拟量系统采用以小规模集成电路运算放大器为基础的元件来控制，逻辑量仪表采用继电 器等硬逻辑电路来控制。此类系统所需的元器件数量大，运行操作管理和维护工作任务繁重; 控制系统的性能落后，随着仪控设备的老化和淘汰、备件减少和故障率的升高，安全性和经济性明显降低，因此，核电站仪控系统进行数字化改造是十分必要的。 　　

　　1 改造的目标

　　进行核电站仪控系统数字化改造首先需要明确通过改造所要达到的目标。

　　1.1 解决备件淘汰和短缺问题

　　电子技术的发展日新月异，旧的技术和设备将很快被淘汰。目前在役核电站中大量采用的如单元组合仪表、核级变送器等仪控设备已经被淘汰，厂家已经停产，备 件短缺成为运行维护过程中日益突出的问题，过仪控系统数字化改造可以在一段较长的时间内彻底解决备件淘汰和短缺问题，但是改造后的系统在经历了一段时间后 同样会面临备件问题，因此需要在确定改造方案时就充分考虑今后的备件问题。造成备件问题的另一个原因是仪控设备种类多， 兼容性差，缺乏统一规划，因此在数字化改造中需统一规划，提高兼容性。

　　1.2 解决仪控设备老化问题

　　对仪控系统来说，系统 故障率在设备寿期内遵循由高到低再到高的规律。在运行初期由于设备中存在的一些隐藏缺陷以及系统设计中未曾考虑周全的小缺陷会在使用初期暴露出来，使系统 故障率较高，这一过程通常有一、二年的时间;经过适当的维护及修正后系统便进人一段较长的相对平稳的低故障率区(中期)， 这段时期的长短与设备的寿命、质量相关，有几年至十几年左右;之后随着设备及元器件的老化进人其寿命的末期，故障率又会逐渐增高，使维修工作量大大增加， 这时就需要考虑采取系统性的更新、改造。新的数字化仪控系统在最初设计时应引人老化管理，以应对其今后将会面临的老化问题。

　　1.3 进一步提高仪控系统的性能

　　经过十多年的核电站运营，我国核电运行技术得到快速发展，但目前的仪控系统在部分性能上难以很好地满足运行技术的要求，例如数据精度、定期在线试验、在线参数修改、运行优化、信息共享等。随着测量、 电子、计算机、软件、网络等技术的发展和应用，核电站数字化仪控系统在性能上将比原系统有很大的提高。

　　1.4 进一步完善仪控系统的功能

　　数字化仪控系统除了完成其自身的测量、数采、控制等功能外，还具备自检功能，能完成自我诊断、自我
管理、在线修改、信息采集等，为预防性维修提供了有效手段。数字化仪控系统依靠大量数字化的信息，能
够有效地实现电站主体设备的实时状态监督、热力优化、机组性能在线评估、机组经济性分析等。

　　1.5 进一步提高核电站的安全性和可靠性

　　具备高容错性、高冗余度是目前的数字化仪控系统的一项重要要求，通过数字化仪控改造，进一步提高了核电站的安全性和可靠性。
仪表、智能开关、智能执行器等;FCS以统一的总线协议为核心，所有设备遵循同样的总线协议，以保证其可互 操作性和开放性;FCS的本质是信息处理现场化，以此获得更多的现场信息，同时在现场完成控制任务。不难看出 ，FCS对于来自现场的开关量信号并没有新技术新设备，因此FCS仍需要处理开关量信号十分成熟和完善的PLC，PLC可以作为一个站挂在高速总线上，充 分发挥其在处理开关量方面的优势。核电厂BOP系统中，例如补给水处理车间等，这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势， 因此核电站数字化仪控的另一种方案是FCS+PLC。

　　2 数字化仪控方案

　　目前的数字化仪控系统主要包括:分散控制系统 (DCS)、可编程序控制器(PLC)和现场总线控制系统(FCS)三种，但能称为全数字化仪控系统的只有FCS 一种。

　　目前在火电站，DCS主要应用于以模拟量控制为主的包括机、炉、电等在内的所谓主系统，PLC主要应
用于以开关量控制为主的包括水、煤、灰等在内的所谓辅助系统，FCS应用于火电站尚处初级阶段。Dcs 在火电站的应用经历了二三十年，它的设计思想、组态配置、功能匹配均已达较完善的程度，新型的DCS也具备了很强的顺序控制功能，因此DCS已渗透到火电 厂控制系统的各个领域。PLC 对于顺序控制有其独特的优势，在火电站的应用经历了二十多年，已相当成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。
借鉴数字化仪控系统在火电站的应用经验，将DCS和PLC引人核电站仪控系统，作为其数字化仪控的方案是可行的。核岛、常规岛及部分BOP系统是以模拟 量控制为主的，采用DCS系统，部分BOP系统是以开关量控制为主的，采用PLC系统。这种DCS十PLC的方案在岭澳核电站二期新建机组中正在实施。

　　另一种可选方案是FCS系统，即多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统;全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置;互联、双向、开放的系统取代单向、封闭的系统;

　　大量分散的虚拟控制站取代集中的控制站。FCS以数字智能现场装置为基础，数字智能现场装置包括:智能仪表、智能开关、智能执行器等;