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    秦山核電站是我國第一座自行設計、建造并成功運營的核電站，該電站的電站計算機系統(tǒng)原采用法國的SOLAR計算機，經過十多年的運行后，由于元器件老化及備品備件缺乏等原因，設備故障開始增多，經常出現(xiàn)死機，已經不能滿足電站安全穩(wěn)定運行之需要，因此決定采用開放的、通用DCS平臺作為基礎，針對核電站特殊功能需求定制開發(fā)，從而徹底替換原系統(tǒng)，以更好地為核電站運行服務。

2  系統(tǒng)介紹

    改造后的秦山核電站電站計算機系統(tǒng)采用北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司的第四代控制系統(tǒng)HOLLiAS-MACS系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用開放的系統(tǒng)結構、高性能的系統(tǒng)軟件、以及硬件設備的合理工藝和極為方便靈活的安裝方式，綜合了計算機技術、網絡技術、應用軟件技術及信號處理技術等國際先進技術，是一套理想而且實用的系統(tǒng)。

圖1  系統(tǒng)配置圖

2.1  系統(tǒng)結構的開放性
    (1)  開放的網絡結構
    在系統(tǒng)操作層，采用100M、10M冗余工業(yè)以太雙光纖環(huán)網為骨干網、冗余的五類雙絞線為分支網的分布式系統(tǒng)。在現(xiàn)場信號處理層，采用500K~12Mbps的Profibus-DP現(xiàn)場總線連接主控單元和各現(xiàn)場信號處理模塊。系統(tǒng)提供標準的RS-485、RS-232電氣接口（Modbus協(xié)議）同其他系統(tǒng)的PLC、智能儀表連接。
    (2)  開放的操作系統(tǒng)
    在系統(tǒng)操作層采用Windows 2000操作系統(tǒng)，并提供ODBC和OPC接口，保證系統(tǒng)軟件的開放性和高性能的人機界面要求。
    在系統(tǒng)的控制站采用成熟的實時多任務操作系統(tǒng)以確保控制系統(tǒng)的實時性、安全性和可靠性。主控單元的軟件固化在半導體盤中，而實時數(shù)據(jù)存儲在帶掉電保護的SRAM中，滿足控制系統(tǒng)可靠、安全、實時性要求。
2.2 系統(tǒng)軟件特性
    ?  實時性  控制器基于嵌入式實時操作系統(tǒng)，保證控制精度、實時、高效；
    ?  先進性  靈活的客戶/服務器構架，適合核電大規(guī)模系統(tǒng)的I/O、報警、報表、趨勢、服務器分布式設置，既保證數(shù)據(jù)的一致性，又可以使負荷均擔，功能豐富的HMI人機界面，靈活強勁的控制軟件，支持離線仿真，在線下裝，數(shù)據(jù)回讀功能；
    ?  經濟性  現(xiàn)場總線的系統(tǒng)設計有效節(jié)約整體項目投資，降低運行成本，系統(tǒng)可以接入Profibus-DP、CAN等各種現(xiàn)場總線的儀表設備，簡化了系統(tǒng)結構和用戶的二次投資。TCP/IP技術使網絡構成簡單，且可使Internet進行遠程瀏覽和訪問；
    ?  易用性  智能設備管理，故障診斷，精度校正，帶電插拔，整個系統(tǒng)實行人性化設計；
    ?  延續(xù)性  操作站采用通用的軟硬件平臺，可跟隨信息技術的不斷提高而同步升級。
2.3 系統(tǒng)硬件特性
    硬件的特性主要是采用先進技術生產，其工藝合理、安裝方便、安全、穩(wěn)定可靠以及美觀等：在I/O處理單元上采用小模塊結構（模擬量8點，開關量16點），在A/D處理器上采用每路一個A/D轉換器，使危險進一步分散；每路信號在接口處都增加過壓和過流保護措施，使得模塊在大信號下干擾不損壞；每個模塊都可以帶電插拔，更換方便；模塊和底座之間采用歐式針型連接器，保證連接可靠；采用多種冗余結構（網絡、控制器、電源模塊）系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠。
    (1)  現(xiàn)場控制站電源
    現(xiàn)場控制站的電源為單元式模塊化結構，從輸出電壓上來看，分為DC 24V和DC 48V兩種。其中，系統(tǒng)電源的輸出為DC 24V，開關量巡檢電源的輸出為DC 48V。
    電源模件采用冗余熱備，均流工作方式，某一個部件發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍可以保持正常工作，且可在線帶電插拔。
    系統(tǒng)電源給各I/O模塊和主控單元的供電，現(xiàn)場電源用來給現(xiàn)場的開關量輸入節(jié)點提供巡檢電壓。
    (2)  現(xiàn)場控制站主控單元
    主控單元是一個PC兼容的高性能的工業(yè)級中央處理單元。它采用模件化結構，由CPU板、多功能卡（完成主從判定邏輯電路、掉電保護SRAM電路、雙冗余以太網控制器、Profibus-DP控制器等功能）、電源模件組成，其CPU具有強大的整數(shù)和浮點運算能力，能進行大規(guī)模的復雜的數(shù)據(jù)處理工作。主控單元還有多種通信接口，可與現(xiàn)場控制站的過程I/O模塊相連構成一個完整的MACS系統(tǒng)，同時還能方便地實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的互連，增強系統(tǒng)的開放性。另外，通過冗余接口能方便地實現(xiàn)雙機的冗余，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。
    (3)  現(xiàn)場控制站過程I/O單元
    考慮到系統(tǒng)安全長期運行，采用低功耗元器件，降低整體的熱損耗，同時在機柜中設計了通暢的風道，可以滿足核電站的環(huán)境要求。
    為了避免在故障狀態(tài)下的故障輸入信號損壞系統(tǒng)，在I/O模塊上采用了大量的保護和隔離措施，I/O模塊采用光電隔離，使模塊內外在電氣上分離，對于信號端子上的高電壓串入，瞬態(tài)高壓可以靠可自恢復的TVS（Transient Voltage Suppressor，瞬態(tài)電壓抑制器)器件吸收，不會損壞系統(tǒng)，長時間的高電壓信號只會影響本通道的數(shù)據(jù)采集，遵循單一故障原則。
    在I/O模塊中，采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線技術，I/O模塊均支持帶電熱插拔，所有的I/O模件均采用智能化設計，模件本身自帶CPU，負責通道信號掃描及信號預處理，然后通過現(xiàn)場總線（Profibus-DP)與主控單元通信。模件具有看門狗定時器電路，可使模塊在異常情況下自動復位。提供了模塊電流過載保護、DC 24V反向保護、通訊線箝壓保護。支持實時的狀態(tài)顯示，可實時顯示本模塊的運行狀態(tài)和通信狀態(tài)。I/O模塊分為2個部分，通用底座和模塊本體，底座采用35mm標準導軌安裝，通過密封的歐式連接器連接模塊本體，通過防混銷可以避免在錯誤位置上插入模塊本體。

3  工程概況
    系統(tǒng)的主干網是用光纖將4對（8臺）HIRSCHMANN光電以太網交換機連接起來的雙環(huán)網，這樣就能做到既是每個環(huán)路上有一處出現(xiàn)線路斷裂，也能保證主干網也是冗余狀態(tài)，這就是主干網的雙冗余。
    工程配置兩臺系統(tǒng)服務器、兩臺通訊服務器、一臺Web服務器，兩臺系統(tǒng)服務器完成I/O服務、趨勢服務、歷史數(shù)據(jù)存儲以及報警等；兩臺通訊服務器，一臺數(shù)據(jù)輸入通信服務器，負責采集氣象微機系統(tǒng)、RMS（Reliability，Maintainability and Safety，可靠性維修性安全性）系統(tǒng)、堆芯欠冷系統(tǒng)A列的數(shù)據(jù)，另一臺數(shù)據(jù)通信服務器，負責向環(huán)境應急系統(tǒng)、BEACOM系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)和采集堆芯欠冷系統(tǒng)B列的數(shù)據(jù)；Web服務器完成系統(tǒng)向工廠局域網發(fā)送機組運行的適時數(shù)據(jù)，并在Web服務器和工廠局域網之間安裝了病毒防火墻，防止外界病毒侵襲系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全。
    工程配置1臺工程師站、4臺操作員站、1臺值班長站和打印設備。
    整個系統(tǒng)配置4個I/O站以及1個遠程I/O裝置，而且每個站都是根據(jù)現(xiàn)場情況選在相應位置，使系統(tǒng)的I/O點分配更加合理，大大節(jié)約投資。
    系統(tǒng)配置GPS校時集線器，作為系統(tǒng)基準時鐘源，對系統(tǒng)服務器、操作員站、I/O采集站全部進行自動校時，保證各個服務器、操作員站、I/O采集站的時間完全同步，實現(xiàn)全系統(tǒng)時鐘統(tǒng)一，校時精度≤1ms。

4  結語

    在2005年初秦山核電站第八次換料大修期間，此系統(tǒng)順利實施，并且一次投運成功，保證了核電站按計劃正常并網發(fā)電。通過近幾個月的運行，系統(tǒng)運行正常，大大降低了儀控人員的工作量，為運行人員的操作提供了很好的幫助。
    秦山核電站電站計算機系統(tǒng)的成功更新，為核電站的數(shù)字化工作做了一次有益的嘗試，為以后的核電站全數(shù)字化奠定了一定的基礎。