研祥MEC整机在核电站数字化仪控系统应用

一、        系统概述

全球能源十分缺乏，为了响应节能、环保、减排，世界各国在大力加速发展核电能源，中国也将大力发展清洁电源，其中核电是全国今后电源结构调整的主攻方向，投资规模将大大超过常规电厂。国家对核电站发展的战略由“适度发展”到“积极发展”。在这样的背景下，中国的核电能源将获得很好的发展机遇。

根据国家能源局提出的“十二五”能源规划思路，十二五”能源规划要体现优先发展新能源和可再生能源的原则，其中核电站发展要推动内陆核电项目，形成东中部核电带。

核电站的发展有力地带动了核电设备产业的迅速发展。目前我国核电站总体国产化率约为50%-60%，规划到2020年国产化率大于80%。按照装机容量超过7000万千瓦来计算，未来10年，我国核电总投资规模将高达1万亿元，核电设备在核电站投资中占比约60%，设备投资约6000亿元。如果按核岛、常规岛、辅助设备国产化率分别为70%、80%、90%计算，那么国内核电设备制造商将分享3200多亿元的市场，市场潜力巨大。

二、        系统描述

　核电站数字化仪控系统，控制着整个核电站从常规岛到核岛几乎所有的阀门、开关、继电器等，数据在系统中进行集中显示、计算处理并自动驱动执行机构，具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性、易于维护、控制功能齐全等特点。它是核电站的大脑、神经中枢、运行中心和安全屏障，是整个核电站较关键、较核心技术的集中体现，是核电站关键核心技术的载体，也是大型核电装备现代化程度的重要标志，是核电站四大关键性成套设备之一。

　作为核电机组这样一个以核反应堆为一次能源的高科技重大装备，其控制系统与核反应过程密切相关，控制系统的安全性、可靠性、精确度和完整性等各方面的功能和性能都直接影响到整个核电站运行的安全性和经济性，因此在考虑核电机组装备本身的自主化时，就不能不同时考虑其控制系统的自主化。

作为核电厂控制核心控制系统以前都是常规设备，使用效率相对来说比较低，而且维护成本非常高。现在随着世界数字化、信息化、自动化、网络化高速发展，在核电厂应用DCS是越来越多了，国内核电厂商积极响应国家加速核电DCS国产化进程要求，而研祥MEC-5007凭借高性能、低功耗、大数据处理、高可靠性、远程维护等特性，有幸承担了核电非安全级全厂数字化仪控系统（NC-DCS）的控制设备及网关节点单元，以下是NC-DCS系统描述

非安全级全厂数字化仪控系统（NC-DCS）

该系统是为百万千瓦级压水堆核电机组开发的全数字化仪控系统，主要包括如下子系统：

    反应堆保护系统

    安全专设控制系统

    反应堆功率控制系统CCS

    主控室和RSS的Safety-VDU

    除CCS外的核岛控制系统

    常规岛控制系统

    KIC系统

    大屏幕显示系统POP

    后备操作盘BUP（含PAMS）

NC-DCS系统特点：

    软件组件化设计，设计标准化的软件模块接口，基于内部软件总线，实现软件功能按需配置

    加强自诊断设计，采用硬件Watchdog和软件任务诊断结合的方式，在设备发生严重故障时，及时发现故障

    按照控制网络（FCS Net）和系统网络(KIC Net)双层网络结构，分离控制网络数据和应用服务数据，减少人机操作对实时自动控制系统造成的影响

    提供多种冗余和容错设计，在重要的系统部件如电源、网络、IO总线、控制站CPU模块、实时服务器、历史服务器等采用双冗余设计。采用基于总线和软件的数据同步设计，保证切换无扰动

    采用C/S的方式，分离数据服务和数据应用

    基于确定性实时网络的数据传输，减少由于网络延时造成的控制周期不稳定

    提供Level2算法功能，可以在Level2实现全局运算，例如电站状态、安全参数、性能计算、全局报警等功能

    开放的数据接口，提供基于以太网和串行链路的通用数据接口

    通过FMEA分析和统计数据分析，找出影响系统可靠性的关键部件和环节，提高系统整体可靠性

    提供过压、过流和滤波等多种IO接口保护电路设计，防止瞬态信号对IO通道的损坏

    不同控制站之间的与控制或连锁逻辑相关的互连信号采用硬接线连接，并考虑隔离；不同系统分区或不同安全等级的信号和通讯互连采用了电气隔离

    控制和连锁逻辑实现考虑了数字化系统所特有的诊断和容错能力

     (NC-DCS系统拓扑图)

NC-DCS系统对工控机要求：

    全密封无风扇、高性能、低功耗控制单元；

    加强自诊断设计，在设备发生严重故障时，及时发现故障；

    提供多种冗余和容错设计，在重要的系统部件如电源、网络、IO总线、控制站CPU模块、实时服务器、历史服务器等采用双冗余设计；

    基于确定性实时网络的数据传输，减少由于网络延时造成的控制周期不稳定；

    开放的数据接口、安全性能高；

    方便的远程维护、易维护、易集成；

三、        结论

DCS较佳处理单元推荐：研祥MEC-5007

产品资料：http://www.evoc.cn/automationinfo-224-442.html

由于核电DCS产品价格非常昂贵，核级自动化产品制造工艺非常复杂，对系统可靠性要求非常较高，属于国产化需求非常迫切的技术，掌握这项产品的制造技术，对于自动化领域提升到一个新的境界，而且可以节省大量的资金。

可以说核电站是人类的智慧结晶，而作为控制核电厂的大脑DCS更是代表科技水平较高境界，随着计算机技术和信息自动化技术的不断发展，集控制、维修和技术管理（intelligent control maintenance and technical management system, ICMMS）于一体的智能控制系统已经成为电站仪控系统发展的方向。这种控制系统的控制单元不再是简单的传感器和控制器，而是具有一定的自主控制、数据管理和通信能力的一种智能自主体（Agent）,工控机作为核电DCS国产化控制单元，更突显其重要性，相信通过我们的不懈的努力，我国的核电事业一定日渐成熟，同时研祥的产品也为核电控制系统国产化发挥应有的力量。

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