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摘 要：美國(guó)西屋公司的AP1000核電站，采用了數(shù)字化儀控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)方式為Common Q+Ovation。這種集成的儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了接口和軟件平臺(tái)的數(shù)量，提供了一個(gè)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和性能。Common Q平臺(tái)屬1E級(jí)，AP1000核電站的反應(yīng)堆保護(hù)和安全監(jiān)視系統(tǒng)就是在這一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的。本文著重介紹了Common Q平臺(tái)的結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：核電站AP1000；Common Q；數(shù)字化儀控

1 背景

　　在和EPR的競(jìng)爭(zhēng)中，美國(guó)西屋公司的核電技術(shù)AP1000成功中標(biāo)，成為我國(guó)引進(jìn)的第三代核電技術(shù)。AP1000有鮮明的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，在成熟的壓水堆技術(shù)基礎(chǔ)上，采用“非能動(dòng)”的安全系統(tǒng)，使核電站安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)生了革新的變化。在核電站的重要組成部分儀控系統(tǒng)中，采用了數(shù)字化控制和保護(hù)系統(tǒng)，集成了電廠的各個(gè)工藝系統(tǒng)，為電廠的控制、保護(hù)和操作提供了一個(gè)統(tǒng)一的界面。AP1000的數(shù)字化儀控系統(tǒng)通過(guò)西屋公司的Common Q+Ovation平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。

　　Ovation平臺(tái)屬非1E級(jí)，用于實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行儀控功能，是一個(gè)商業(yè)化的、成型的產(chǎn)品，主要應(yīng)用在發(fā)電和工業(yè)控制領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)很多的常規(guī)電廠都采用了Ovation平臺(tái)。

　　Common Q平臺(tái)屬1E級(jí)，用于實(shí)現(xiàn)安全儀控功能，設(shè)備具有抗震要求，經(jīng)過(guò)核電應(yīng)用環(huán)境適用性考驗(yàn)，經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)的驗(yàn)證和確認(rèn)（Verification and Validation，v&v）程序和質(zhì)保程序評(píng)價(jià)。AP1000核電站的反應(yīng)堆保護(hù)和安全監(jiān)視系統(tǒng)（Protection and Safety Monitoring System，PMS）就是利用Common Q這一平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2 Common Q系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　由于Common Q是1E級(jí)的平臺(tái)，所以組成平臺(tái)的所有部件都是lE級(jí)的，它的主要部件有：AC160控制器（帶PM646處理模塊）、輸入輸出模件、人機(jī)接口、接口和測(cè)試處理器、部件接口模件、輸入，輸出終端單元、綜合通訊處理器、電源供應(yīng)模件等。

AC160控制器

　　AC160控制器是一個(gè)帶有多通道處理能力的模件化控制器，被用來(lái)執(zhí)行安全相關(guān)系統(tǒng)的保護(hù)算法，支持熱插拔功能。

　　處理器采用ABB編程語(yǔ)言（AMPL）進(jìn)行編程，除了進(jìn)行邏輯結(jié)構(gòu)的編程外，還提供了對(duì)AF100網(wǎng)絡(luò)、全局內(nèi)存、輸入輸出、HSL的接口的編程支持。

　　處理器有一個(gè)內(nèi)置的、獨(dú)立的看門狗計(jì)時(shí)器。如果一個(gè)保護(hù)功能由于處理器的故障而無(wú)法實(shí)行，看門狗能夠發(fā)出報(bào)警和提供通道跳閘功能。

　　AC160控制器所使用的處理器模件是基于MotorolaMC68360的32位處理器發(fā)展起來(lái)的PM646。PM646模件包括兩個(gè)32位的微處理器板：處理器部分和通訊部分。其處理器部分包含有應(yīng)用代碼，可以執(zhí)行自診斷功能，存儲(chǔ)、讀取雙端口存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)等。其通訊部分能處理兩個(gè)HSL通訊端口，RS422接口。

輸入輸出模件

　　AC160控制器采用$600系列輸入輸出模件，S600系列輸入輸出模件包含了所有的傳統(tǒng)卡件，例如模擬量輸入（包含差分輸入、熱電偶、熱電阻）、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入，輸出、轉(zhuǎn)速傳感器輸入和脈沖計(jì)數(shù)。

　　在啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)軟件能自動(dòng)的監(jiān)測(cè)I／O模件的狀態(tài)，而更詳細(xì)的診斷信息則可以通過(guò)MTP（維修和測(cè)試面板）查詢。

　　S600I／O模件可以熱插拔。但對(duì)PMS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，受I／O模件更換影響的通道和序列，在維修開(kāi)始前，應(yīng)先旁路。

人機(jī)接口

　　Common Q的人機(jī)界面是平面顯示系統(tǒng)，包含觸摸屏顯示和一個(gè)PC節(jié)點(diǎn)盒。PC節(jié)點(diǎn)盒相當(dāng)于工控機(jī)的主機(jī)，其QNX 操作系統(tǒng)為在線和測(cè)試提供了視窗界面。CI527通訊接口模件用來(lái)訪問(wèn)AF100網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)接口提供和外部非安全系統(tǒng)的接口。還包括光驅(qū)、鍵盤鼠標(biāo)等，功能與工控機(jī)相當(dāng)，這里不再描述。

　　當(dāng)安裝在控制柜里，平面顯示系統(tǒng)被稱作維修和測(cè)試面板（MaintenanceandTestPanel，MTP）；安裝在主控室作為PMS的一部分時(shí)，被稱作操作員模塊（Operator’Smodule，OM）。通過(guò)MTP，技術(shù)人員能夠執(zhí)行監(jiān)視、修改、組態(tài)、測(cè)試等任務(wù)。MTP具有顯示圖形和趨勢(shì)顯示功能。OM執(zhí)行和MTP一樣的功能，但是作了某些限制，以防止操作員可能在無(wú)意中對(duì)系統(tǒng)做出的改動(dòng)。OM和安全系統(tǒng)之間沒(méi)有直接電氣連接。

接口和測(cè)試處理器（Interface and Test Processor,ITP）

　　ITP用于測(cè)試和診斷系統(tǒng)運(yùn)行情況。ITP接收來(lái)自AFIO0總線的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過(guò)單向HSL傳送至其它PMS通道的ITP中，進(jìn)行連續(xù)在線交叉比較，以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器、回路供電、輸入信號(hào)采集和D／A轉(zhuǎn)換是否故障。正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)來(lái)自其它通道的故障和診斷信息，并在本通道中報(bào)警，從而提高保護(hù)系統(tǒng)的可維護(hù)性。ITP通過(guò)MTP將測(cè)試和維護(hù)信息送給操作員界面。

部件接口模件（ComponentInterfaceModule，CIM）

　　CIM從安全系統(tǒng)和多樣性非安全相關(guān)系統(tǒng)接收部件控制信號(hào)，并且根據(jù)用戶選定的優(yōu)先級(jí)（比如說(shuō)，安全系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)或部件狀態(tài)的優(yōu)先級(jí)）進(jìn)行信號(hào)表決，再送到電廠設(shè)備。另外，CIM能接收遠(yuǎn)程手動(dòng)部件控制信號(hào)，并將該信號(hào)作為最優(yōu)先級(jí)信號(hào)。CIM還可以對(duì)安全系統(tǒng)的命令，從控制器到CIM模件進(jìn)行連續(xù)測(cè)試。

　　CIM最多可接受八個(gè)反饋輸入信號(hào)，用以提供部件連鎖（比如，電動(dòng)閥門的力矩開(kāi)關(guān)控制），或用以顯示設(shè)備狀態(tài)的限位指示器。CIM提供了一個(gè)獨(dú)立連接，能夠使用該連接發(fā)送部件狀態(tài)信息到電站計(jì)算機(jī)。

輸入/輸出終端單元

　　I／O終端單元提供了一個(gè)S600I／O模件和現(xiàn)場(chǎng)電路的接口。對(duì)不同的I／O模件，對(duì)應(yīng)不同的終端單元。各類型終端部件為不同的現(xiàn)場(chǎng)接線提供終端點(diǎn)，包括各自的電纜屏蔽。各類型終端單元還提供信號(hào)斷點(diǎn)和測(cè)試點(diǎn)，用以系統(tǒng)測(cè)試和維護(hù)。

綜合通訊處理器（Integrated Communications Processor,ICP）

　　ICP系統(tǒng)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)總線AF100的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為模擬或開(kāi)關(guān)量信號(hào)，將這些信號(hào)通過(guò)獨(dú)立的硬接線送到PLS中，接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)總線AF100的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)HSL通訊傳送至其它通道的ICP中，同時(shí)接收來(lái)自其它三個(gè)通道的ICP的數(shù)據(jù)。

3 軟件

　　Common Q平臺(tái)，利用軟件組態(tài)工具（AMPL ControlConfiguration，ACC），在使用intel處理器的個(gè)人電腦上完成組態(tài)的編程。

　　　　AMPL是基于預(yù)先定義好的功能塊工作的，這些功能塊被稱為過(guò)程控制（Process Control， Pc）元素和數(shù)據(jù)庫(kù)（Database，DB）元素。PC元素和DB元素配合使用，即可組態(tài)形成完整的控制功能。

　　AC160軟件包括一個(gè)實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，任務(wù)管理程序，診斷程序，通訊接口程序以及用戶應(yīng)用程序。所有這些程序都存儲(chǔ)在PM646處理器的PROM 里。

　　系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和修改是通過(guò)ACC 組態(tài)工具來(lái)完成的，從最初的組態(tài)，到內(nèi)部測(cè)試，到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試以及工作系統(tǒng)的維護(hù)，都是由這個(gè)工具來(lái)完成。ACC軟件包括應(yīng)用程序生成器和功能圖生成器。程序生成器用來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目管理和軟件集成，功能圖生成器，用來(lái)進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。

4 通訊

　　Common Q 平臺(tái)中主要用到三種通訊方式：AFIO0（Advant Fieldbus 100）用于通道內(nèi)部的通訊；高速數(shù)據(jù)鏈路（High Speed Link Communication，HSL）用于通道問(wèn)的數(shù)據(jù)傳輸和同一通道內(nèi)不同控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)，用于與擴(kuò)展系統(tǒng)，例如電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊。

　　國(guó)內(nèi)的浙江三門核電站和山東海陽(yáng)核電站作為AP1000的自主化依托項(xiàng)目，目前各項(xiàng)工程建設(shè)正在按計(jì)劃進(jìn)行，相信隨著工程的不斷深入，Common Q這一安全級(jí)平臺(tái)會(huì)得到更多的關(guān)注，在各方的努力下，我們會(huì)全面消化吸收這一技術(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

參考文獻(xiàn)

[1]Westinghouse AP1000 Design Control DocumentRev．16Chapter2．
[2]Westinghouse AP1000 Design Control DocumentRev．16 Chapter 7．
[3]ABB·CE，CENPD-396一P,Rev．1．Com on qualified platform．